Trocas gasosas em seres multicelulares Biologia e Geologia
10º Ano
2009/2010
TROCAS GASOSAS NAS PLANTAS
Trocas gasosas nas plantas • Como já foi visto anteriormente, o
órgão das plantas onde ocorrem as trocas gasosas são as folhas.
• Estas apresentam estruturas especializados que permitem as trocas de: • Vapor de água;
• O2
• Expulso durante a fotossíntese mas capturado durante a respiração;
• CO2 • Expulso durante a respiração mas
capturado durante a fotossíntese;
Estomas
• Ao nível das folhas existem estruturas que permitem estas trocas…
• Os estoma.
Estomas
• Os estomas controlam as trocas gasosas entre o meio exterior e a planta, graças à capacidade que têm em abrir e fechar.
• Quando as células guarda estão túrgidas, aumentam o volume fazendo aumentar a pressão ao nível das paredes (pressão de turgescência).
• Como a parte mais fina das
paredes se deformam mais facilmente do que a parte espessa, este fenómeno leva à abertura do estoma.
Estomas
• O grau de turgescência das células guarda permite controlar o grau de abertura do estoma.
• Os principais factores que fazem variar o grau de turgescência são por exemplo: • Concentração de certos iões;
• Concentração de CO2;
• Luz;
• Temperatura;
• Vento;
• Quantidade de água no solo.
Controlo dos estomas e o ião K+
• O transporte activo de K+ é actualmente o mecanismo aceite para explicar a variação da pressão de turgescência das células guarda. • A passagem, por transporte activo de
K+ para o interior das células guarda, faz com que ocorra passagem de água por osmose para o interior das células guarda e por conseguinte o aumento da pressão osmótica que leva à abertura dos estomas.
• Por outro lado, quando o transporte activo cessa, ocorre a saída de K+ das células guarda, mas também de água, o que por sua vez diminui a pressão de turgescência e por conseguinte levando ao fecho dos estomas.
Controlo dos estomas e a concentração do CO2. • A concentração de CO2 nos
espaços intercelulares são também um mecanismo de controlo do grau de abertura dos estomas.
• Baixas concentrações de CO2 nos
espaços intercelulares estão normalmente associados a períodos de fotossíntese, uma vez que este composto é consumido.
• As células guarda são também fotossintéticas, pois possuem cloroplastos, assim durante os períodos de fotossíntese há acumulação de solutos que levam à entrada de água e por conseguinte à abertura dos estomas.
TROCAS GASOSAS NOS ANIMAIS
Respiração celular • Respiração celular é um processo que consiste
nas trocas gasosas ao nível celular.
• Trata-se de um processo de difusão.
• Ocorre através de superfícies respiratórias.
• As trocas gasosas entre as superfícies respiratórias e as células podem ser feitas directamente – difusão directa.
• Ou de forma indirecta – difusão indirecta – uma vez que os gases respiratórios são transportados até às celulas por um fluído circulante.
• As trocas gasosas ao nível das superfícies respiratórias adquirem o nome específico de hematose.
Superfícies respiratórias
• Existe uma grande diversidade de superfícies respiratórias, no entanto todas têm características em comum: • Pouco espessas, normalmente apenas uma
camada de células separa o meio externo do interno;
• Encontram-se sempre húmidas, lembrar que os materiais que atravessam as membranas plasmáticas têm que se encontrar dissolvidas;
• São densamente vascularizadas para facilitar o contacto com o fluído circulante;
• A sua morfologia permite uma grande superfície de contacto entre o meio interno e o meio externo.
Superfícies respiratórias
• A diversidade de superfícies respiratórias deve-se a diversos factores como o tamanho do organismo, o ambiente e história evolutiva.
• Vai-se no entanto estudar as seguintes superfícies respiratórias:
• Superfície Corporal;
• Brânquias;
• Traqueias;
• Pulmões.
Superfície Corporal
• Em seres vivos muito simples como as Hidras ou as Planárias as trocas gasosas fazem-se directamente através da superfície corporal.
• Esta situação é possível pois os seus corpos são constituídos por poucas camadas de células.
• No caso da Hidra, com apenas duas camadas de células, a camada externa realiza trocas directamente com o meio aquático.
• Por seu lado a camada interior realiza trocas com a água que circula na cavidade gastrovascular.
Superfície Corporal • A planária apresenta uma forma achatada (plana) o
que facilita o contacto de todas as células com o meio externo.
• Em animais mais complexos, com mais camadas de células, tal como as minhocas, o aparecimento de um sistema circulatório aumentou a eficácia das trocas gasosas através do tegumento.
• Tegumento é a camada de células que cobre o corpo.
• Em animais que realizam as trocas gasosas através do tegumento diz-se que realizam hematose cutânea.
• Embora estes animais existam em ambientes secos (terrestre) a hematose é possível pois ao nível da pele existem numerosas glândulas produtoras de muco que mantêm a pele húmida.
• Além disso o sistema circulatório encontra-se muito próximo da pele, o que permite a hematose cutânea.
• Alguns peixes e anfíbios conseguem também realizar hematose cutânea além da hematose branquial e pulmonar.
Brânquias • As brânquias/guelras são os órgãos
respiratórios da maioria dos animais aquáticos.
• São normalmente evaginações da superfície do corpo.
• Apresentam normalmente um aspecto plumoso/filamentoso, representando uma zona onde o epitélio se divide muito, constituindo uma grande superfície de contacto para a hematose.
• Podem encontrar-se no exterior do corpo ou, na maior parte dos casos, dentro de uma cavidade.
• Nos peixes ósseos as brânquias encontram-se na câmara branquial a qual é protegida por uma estrutura óssea denominada de operáculo.
Brânquias
• Nos peixes ósseos as brânquias estão permanentemente banhadas por água através de um fluxo que entra pela boca e sai pelas fendas operculares.
• A abertura da boca e opérculos estabelece a circulação da água, mesmo quando o peixe está imóvel.
• As brânquias são constituidas por filamentos duplos, inseridos obliquamente em estruturas ósseas denominadas de arcos branquiais.
• Em cada filamento existe: • um vaso sanguíneo por onde o
sangue entra na brânquia, isto é, um vaso com sangue venoso denominado de vaso aferente.
• Um vaso sanguíneo por onde o sangue saí da brânquia, isto é, um vaso de sangue arterial denominado de vaso eferente.
• Entre estes dois vasos existe uma rede de capilares ao nível dos quais ocorrem as trocas gasosas.
• Estes capilares encontram-se numa dilatação da brânquia denominada de lamela.
Mecanismo de Contracorrente • A água entra pela boca do peixe e é
levada até a câmara branquial.
• Ai passa pela lamelas em sentido contrário ao sangue.
• Assim à medida que o sangue flui através dos capilares, vai ficando cada vez mais oxigenado e dado que circula em sentido contrário ao da água, vai contactando com água que é sucessivamente mais rica em oxigénio.
• Este processo permite aumentar significativamente a eficiência da hematose branquial.
• O mesmo processo é aplicado às trocas gasosas de CO2.
Mecanismo de Contracorrente
• O mecanismos de contracorrente permite que as trocas gasosas tenham uma eficácia de 80%.
• Este mecanismo é de extrema importância para os seres aquáticos uma vez que neste meio a quantidade de oxigénio dissolvido é significativamente inferior ao que existe na atmosfera.
Traqueias
• A quantidade de oxigénio presente na atmosfera é muito superior à dissolvida na água.
• No entanto a hematose no ambiente terrestre acarreta algumas dificuldades.
• Acontece que o O2 e o CO2 são solúveis em água, nos meios aquáticos esse problema está resolvido, nos meios terrestres as superfícies respiratórias têm que estar húmidas de modo aos gases estarem dissolvidos.
• Alguns seres vivos resolvem o problema mantendo o tegumento húmid, outros por outro lado utilizam superfícies respiratórias invaginadas no interior do corpo, reduzindo assim as perdas de água.
Traqueias • Os insectos e outros artrópodes apresentam
um sistema respiratório constituido por uma rede de traqueias, que se encontram no interior do corpo.
• As traqueias ramificam-se em tubos cada vez mais pequenos que terminam nas traquíolas que contactam directamente com as células. • Todas as células do corpo apresentam uma
traquíola.
• As traqueias comunicam com o exterior através de aberturas ao nível da superfície corporal denominadas de espiráculos. • Pequenos orifícios visíveis ao longo de todo o
corpo.
• A estrutura das traqueias mantêm-se sem colapsar (sempre aberta) devido a existência de uma proteína estrutural rígida que rodeia estes tubos, a quitina, em hélice.
Traqueias
• Em insectos primitivos os espiráculos encontram-se permanentemente abertos, pelo que não há controlo do ar que circula nas traqueias.
• Em insectos mais evoluídos existem já estruturas, semelhantes a válvulas – os ostíolos – que controlam o fluxo de ar.
• A ventilação activa encontra-se apenas em insectos maiores, onde por movimentos musculares há contracção das traqueias o que leva a inspiração de ar e no caso contrário e expiração. • Em insectos menores não ocorre ventilação activa mas
sim passiva, isto é, simplesmente há entrada e saída de ar.
• Este processo de trocas gasosas é um caso de difusão directa uma vez que as trocas gasosas se dão directamente entre o epitélio das traquíolas e as células, ou seja, não há intervenção de um fluído circulante. • Trata-se também de um processo só possível em
animais de reduzidas massas corporais, dado que a velocidade de difusão e distribuição dos gases é muito baixa.
Pulmões
• Os pulmões são as superfícies respiratórias mais evoluídas que existem.
• São invaginações (interior do corpo) onde as perdas de água são mínimas.
• Todos os vertebrados terrestres apresentam pulmões, embora sejam diferentes de grupo para grupo.
Pulmões
• Existe uma tendência evolutiva para o aumento da superfície do epitélio respiratório. • Os anfíbios são os que apresentam
os pulmões mais pequenos, assim e de forma a compensar tal facto apresentam também hematose cutânea.
• Os répteis, mais adaptados ao ambiente terrestre apresentam uns pulmões ligeiramente maiores.
• Ainda assim pequenos o que lhes dificulta a oxigenação dos tecidos, o que associado ao facto da circulação sanguínea ser incompleta, faz com que estes seres vivos sejam poiquilotérmicos.
Pulmões
• Aves e mamíferos são os seres vivos que apresentam aparelhos respiratórios mais complexos.
Pulmões - Aves
• As aves são seres vivos que apresentam elevadas taxas metabólicas, pelo que necessitam de uma boa oxigenação dos tecidos.
• Além de apresentarem uma grande superfície respiratória,apresentam também uma boa ventilação pulmonar.
• Além dos pulmões as aves apresentam os chamados sacos aéreos por todo o corpo, o que lhes permite ter reservas de ar que aumentam a eficiência da ventilação.
• Os sacos aéreos permitem também
diminuir a densidade o que lhes facilita o voo, além de que permite também dissipar mais rapidamente o calor resultante do metabolismo.
Pulmões - Aves • Nas aves o ar circula em apenas um sentido…
Sacos aéreos posteriores – Pulmões – Sacos aéreos anteriores
• A hematose só ocorre nos pulmões ao nível dos
parabrônquios, finos canais abertos nas duas extremidades.
• A hematose não ocorre ao nível dos sacos aéreos,
mas estes permitem que o ar circule em apenas um sentido.
• Para que o ar percorra todo o sistema, têm que ocorrer dois ciclos ventilatórios.
• Na primeira inspiração o ar circula pela traqueia até aos sacos aéreos posteriores.
• Durante a primeira expiração o ar passa desses sacos para os pulmões, onde ocorre hematose.
• Na segunda inspiração passa novo ar para os sacos posteriores e o ar dos pulmoes passa para os sacos anteriores.
• Durante segunda expiração o ar dos sacos anterioes é expluso para o exterior.
• Tal como nos peixes, os animais que apresentam pulmões fazem circular o ar em contracorrente, o que aumenta significativamente a eficiência da hematose.
Pulmões - Mamíferos • No caso dos mamíferos a superfície
respiratória é constituída por milhões que alvéolos pulmonares.
• Estes dispõem-se em cacho em torno dos bronquíolos.
• Neste grupo de animais o ar circula em dois sentidos opostos, sendo necessários apenas um ciclo respiratório para que o ar percorra todo o sistema. • Durante a inspiração o ar é levado
até aos aleveolos pulmunares, via traqueia, brônquios e bronquíolos.
• Durante a expiração o ar é expulso dos alvéolos pulmunares.
Pulmões - Mamíferos
• Nos alvéolos pulmunares, chegando o ar novo (rico em oxigénio), ocorre a hematose pulmunar.
• O processo é bastante eficaz uma vez que existe um profusa rede de capilares a rodear os alvéolos.
• No caso do Homem mesmo após uma expiração profunda, permanece sempre algum ar nos pulmões – ar residual.
