A respiração

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A RESPIRAÇÃO Ambystoma mexicanum Bom dia!

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A RESPIRAÇÃO

Ambystoma mexicanum

Bom dia!

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Respiração Anaeróbica – ocorre no citosol sem a presença de ar através da Glicólise Anaeróbia ou Fermentação. O lucro líquido da Glicólise é de 2 ATPs.Muitos invertebrados (geralmente parasitos) podem sobreviver a períodos de exaustão de oxigênio, quer reduzindo sua taxa metabólica ou mudando para respiração anaeróbia. Respiração Aeróbica – ocorre na mitocôndria pelo chamado Ciclo de Krebs ou fosforilação oxidativa. O lucro líquido do Ciclo de Krebs é 30 ATPs.

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A necessidade da respiração - O oxigênio, na maioria dos casos é indispensável

ao metabolismo celular (obtenção de energia), pois a oxidação faz com que elementos químicos percam elétrons que serão transferidos a outros elementos. Ele participa da cadeia de transferência de elétrons que culminará na produção do ATP, combustível celular de todos os seres vivos.

- O dióxido de carbono (CO2), e água são produtos do metabolismo celular a serem eliminados.

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Em animais inferiores, as trocas gasosas são diretas (difusão) .

Nos mais complexos, ou providos de revestimento seco e impermeável, a respiração dá-se em dois estágios:

- Respiração externa – trocas entre o ambiente e os órgãos respiratórios.

- Respiração interna – trocas entre os líquidos do corpo e as células dos tecidos (difusão).

Respiração celular aeróbica

(nas mitocôndrias) C6H12O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O + energia (ATP)

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Outros autores fazem a seguinte distinção:

- Trocas gasosas – absorção de oxigênio e perda de dióxido de carbono.

- Respiração – atividade metabólica de produção de energia (ATP) que ocorre dentro da célula.

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Como ocorrem as trocas gasosas?Lei dos gases: quando existe uma

diferença de pressões de difusão entre os dois lados de uma membrana, passam mais moléculas para a região de pressão menor do que na direção oposta.

A pressão do oxigênio no ar ou na água é maior do que no corpo de um animal, onde o oxigênio é constantemente usado, de modo que tende a entrar por qualquer membrana apropriada.

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Proteínas transmembrana formam poros funcionais, ou seja, caminhos hidrofílicos pelos quais passam muitos íons e moléculas insolúveis em lipídios.- Todos os sistemas respiratórios possuem uma membrana úmida permeável. O sistema deve estar umedecido porque os gases têm de estar em solução para que sejam difundidos através da membrana.

Euglena viridis

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Para definir um gás é necessário explicitar:

- Volume - medido em mm3, cm3 (mL) ou m3 (SI).

- Temperatura – medida em °C ou K.

- Pressão – medida em torr (Torricelli).

1 torr = 1mm Hg

1 atm = 760 mm Hg = 760 torr

1. Lei de Boyle-Mariotte: o volume de um gás é inversamente proporcional à pressão, mantida constante a temperatura. Explica as mudanças de pressão que o ar sofre ao entrar e sair dos pulmões.

Robert Boyle (1627-91)

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2. Lei de Gay-Lussac-Charles: o volume de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta, mantida constante a pressão. Permite calcular a variação de volume que o ar sofre ao entrar e sair do pulmão.3. Lei geral dos gases: é a combinação das leis anteriores obtida através da teoria cinética da matéria.

P = pressão

V = volume

n = número de moles

R = constante universal dos gases (8,3 J.10-1 °K-1)

T = temperatura

PV = nRT

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4. Lei de Henry – o volume de um gás dissolvido em um líquido é proporcional à pressão do gás sobre o líquido, a uma fator de solubilidade e ao volume do líquido.

Vd = P . f . V1

P = pressão (em torr)

f = fator de solubilidade

V1 = volume do líquido (em L)

Vd = volume (do gás) dissolvido (em mL)

William Henry (1774-1836)

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5. Lei de Graham: a difusão de um gás é inversamente proporcial à raiz quadrada de sua massa molecular. Se aplica em estudos de difusão de gases em biossistemas.

Na Biologia, várias constantes foram acrescentadas:

Cs = constante de solubilidade

T = temperatura M = massa molecular

A = área de difusão L = distância

∆P = coeficiente de pressão n = viscosidade do meio

v = 1 √M

v = Cs . T. A. ∆P

M . L . n

Thomas Graham (1805-1869)

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Mecanismos de Respiração

Filo Ctenophora Beroe sp.

(difusão do oxigênio por membranas úmidas)

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I. Difusão do oxigênio por membranas úmidas

Uronychia sp.Renilla reniformis

O ar é absorido pelas células da parede do corpo e difunde-se para as outras células. (PROTOZOÁRIOS, AMEBAS, TURBELÁRIOS, ESPONJAS E CNIDÁRIOS)

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Planocera graffii

Stylochus insolitus

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Muitos oligoquetas (Annelida) como esta minhoca apresentam uma rede de capilares intra-epidérmicos - derivada dos vasos sanguíneos dentro da parede do corpo – que fornecem um fluxo sanguíneo constante do vaso ventral à parede do corpo em uma ampla área de superfície para trocas gasosas.

Lumbricus terrestris

II. Difusão do oxigênio pela parede do corpo para vasos

sanguíneos

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Todos os anfíbios têm tegumento glandular altamente permeável aos gases e à água. A função primária do muco é manter o tegumento úmido e permeável para viabilizar as trocas gasosas, especialmente a liberação do CO2, que se dá por capilares que se ramificam das artérias pulmocutâneas.

Pele da rã

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III. Respiração branquialNOS MOLUSCOS

Ocorre nos ctenídios,

organizados a partir de um eixo longo e achatado que se projeta da

cavidade do manto, mantido suspenso

em uma membrana. De ambos os lados

deste eixo, fixam-se filamentos

triangulares ou cuneiformes que se

alternam em posição com os

filamentos do lado oposto (condição

bipectinada).

Classe Cephalopoda – Loligo sp.

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Os cílios laterais do ctenídio movimentam a água para dentro da câmara inalante e os cílios abfrontais propulsionam a água para que banhe os filamentos no sentido oposto à do fluxo de hemolinfa no interior destes filamentos, fenômeno de contracorrente que maximiza o gradiente de difusão.

Cílios abfrontais

Classe Bivalvia

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A hemolinfa flui através dos filamentos, do vaso aferente para o eferente.

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O poliqueto (Annelida)

Neanthes virens possui

notopódios (a parte superior

de cada parapódio)

que servem como brânquias.

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Corte transversal em um segmento do poliqueto Neanthes virens (Annelida)

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'

Alitta nereis, outro poliqueto marinho com parapódios que funcionam como brânquias

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As brânquias de peixes ósseos são formadas por filamentos branquiais agrupados em arcos situados da cavidade do opérculo. A troca de gases ocorre nas inúmeras projeções microscópicas chamadas lamelas secundárias.

Brânquias de atum

Rastelos branquiais expandidos protegem os filamentos branquiais de partículas duras e evitam a passagem de alimento pelas fendas branquiais.

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Durante a respiração os opérculos fecham-se e água entra na boca, passando pelas brânquias que aumentam (bombeamento bucal) e saindo pelo opérculo (agora aberto) prevenindo o fluxo reverso. Alguns peixes criam uma corrente respiratória através da natação com a boca entreaberta (ventilação forçada).

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Os vasos aferentes levam o sangue não-oxigenado às lamelas secundárias para que seja oxigenado e os vasos eferentes retornam o sangue para o arco. A direção do fluxo sanguíneo pela lamela é oposta à direção do fluxo da água que atravessa

a brânquia.

Troca gasosa branquial

por contra-corrente

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Três pares de brânquias externas ocorrem em todos os embriões e larvas e persistem nos adultos de algumas salamandras estritamente aquáticas. Salamandras agitam suas brânquias para auxiliar a aeração. Nos girinos, a água entra pela boca e sai pelas narinas, depois é forçada por entre as brânquias e sai pelo espiráculo. Larva de Ambystoma marvotium em metamorfose

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Girino de Rana catesbeiana

Ambystoma tigrinum

Embrião de Ichthyophis kohtaoensisClasse AmphibiaOrdem Gymnophiona (Cecílias)

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IV. Traquéias

Dissosteira longipennis

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As traquéias, tubos finos re-vestidos de quitina que se ori-ginam na parede do corpo e se ramificam a todos os órgãos e tecidos, terminam em células traqueais microscópicas, que se estendem como traquéolas intracelulares, formando às vezes, redes capilares. A parte final da traquéola é cheia de líquido, pelo qual o oxigênio se difunde para as células e o CO2, destas para as traquéolas.

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Um pulmão é uma câmara revestida internamente por epitélio úmido, sob o qual há uma rede de capilares sanguíneos e assemelha-se a uma brânquia, mas invaginada ao invés de evaginada. As partições de sua parede formam alvéolos: câmaras microscópicas abertas ao fluxo aéreo pulmonar e circundadas por numerosos capilares sanguíneos, onde ocorrem as trocas gasosas.

V. Pulmões

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A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas. Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.

Além de respirar pela pele e pela mucosa da cavidade bucal, também ANFÍBIOS respiram por pulmões, com a boca fechada. O assoalho da boca é abaixado fazendo com que o ar entre pelas passagens nasais até uma depressão na bucofaringe.

Pulmões de Rana catesteiana

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A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas. Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.

Além de respirar pela pele e pela mucosa da cavidade bucal, também ANFÍBIOS respiram por pulmões, com a boca fechada. O assoalho da boca é abaixado fazendo com que o ar entre pelas passagens nasais até uma depressão na bucofaringe.

Pulmões de Rana catesteiana

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O pulmão das aves é mais eficiente do que de outros invertebrados porque o ar atravessa o pulmão, ao invés de entrar e sair dele. Capilares aéreos, em cujas paredes ocorrem as trocas gasosas, abrem-se em canais maiores, os

Os parabrônquios comunicam-se com os brônquios e com os sacos aéreos que se estendem no celoma.

parabrônquios.

Aparelho respiratório do pombo

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As narinas do bico de um galo ligam-se às coanas, acima da cavidade bucal. A glote, no assoalho da faringe, abre-se em uma traquéia longa e flexível reforçada por arcos cartilaginosos parcialmente calcificados que prolongam-se à siringe (caixa vocal) muscular, de onde parte um brônquio para cada pulmão.

Anatomia do galo

(incluindo sistema

respiratório)

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A respiração das aves se dá através de dois ciclos de inalação e exalação. O ar entra passa pelos brônquios e a maior parte vai para os sacos aéreos posteriores. Na expiração ele flui para dentro dos pulmões, expan-dindo-os. Na seguinte inspi-ração, uma nova leva de ar ar passa os sacos posteriores e ar do pulmão vai para os sacos aéreos anteriores. O movimento de ar atua em uma só direção, oposta à do fluxo sanguíneo (efeito contra-corrente).

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A respiração humana

A massa do pulmão é porosa e esponjosa e contém várias fibras elásticas. O diafragma é uma parede muscular que separa o tórax, contendo os corações e o pulmão, do resto da cavidade abdominal.

Diafragma no tórax em destaque em imagem 3D

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Os pulmões são revestidos por uma membrana, a pleura visceral, e uma membrana semelhante, a pleura parietal, reveste a cavidade torácica. Entre elas há o líquido intra-pleural, cuja pressão é menor do que a do ar atmosférico.

Esquema mostrando em roxo o espaço intrapleural preenchido pelo líquido intrapleural.

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Na inspiração as costelas são levantadas e o diafragma abaixado, o que aumenta o volume torácico, reduzindo a pressão no líquido intrapleural. A pressão do líquido é, então, menor do que a do ar do pulmão. O pulmão então se expande e causando, na sequência, a entrada de ar. A expiração resulta do relaxamento do diafragma, que contrai o tecido elástico do pulmão e expele o ar.

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Obrigado pela atenção!

FIM

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BibliografiaBRUSCA, R.C.; BRUSCA, G.J. Invertebrados. 2ª edição. Rio de Janeiro – RJ: Guanabara Koogan, 2007.

JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular, 9ª edição, Rio de Janeiro – RJ: Guanabara Koogan, 2012.

STORER, T.I.; USINGER, R.L.; STEBBINS, R.C.; NYBAKKEN, J.W. Zoologia Geral, 6ª edição. São Paulo – SP: Companhia Editora Nacional, 2007.

RENEINE, I.F. Biofísica básica. Rio de Janeiro: Ed. Atheneu, 1984-2000.

RUPPERT, E. BARNES, R.D. Zoologia de Invertebrados. 6ª edição. São Paulo: Editora Roca, 1996.