A respiração. A glicose é um os principais combustíveis utilizados pelas células vivas na respiração. Observe o que ocorre nas nossas células:

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1 A respiração A respiração ocorre dia e noite, sem parar. Nós podemos sobreviver determinado tempo sem alimentação, mas não conseguimos ficar sem respirar por mais de alguns poucos minutos. Você sabe que todos os seres vivos precisam de energia para viver e que essa energia é obtida dos alimentos. O nosso organismo obtém energia dos alimentos pelo processo da respiração celular, realizada nas mitocôndrias, com a participação do gás oxigênio obtido no ambiente. A glicose é um os principais combustíveis utilizados pelas células vivas na respiração. Observe o que ocorre nas nossas células: Glicose + gás oxigênio ----> gás carbônico + água + energia É esse tipo de fenômeno que ocorre sem parar no interior das células viva, liberando a energia que garante a atividade dos nossos órgãos por meio do trabalho das células. A respiração pode ser entendida sob dois aspectos: O mecanismo por meio da qual a energia química contida nos alimentos é extraída nas mitocôndrias e usada para manter o organismo em atividades, esse mecanismo é a respiração celular; O conjunto de processos de troca do organismo com o ambiente externo que permite a obtenção de gás oxigênio e a eliminação do gás carbônico. Estudaremos a respiração segundo esse último aspecto. Veremos, portanto, como o gás oxigênio é absorvido do ar atmosférico e chega às nossas células; e como o gás carbônico produzido durante a respiração celular é eliminado do organismo. O sistema respiratório O sistema respiratório humano é formado pelos seguintes órgãos, em seqüência: nariz, faringe, laringe,traquéia, brônquios e pulmões. O ar entra em nosso corpo por duas cavidades existentes no nariz: as cavidades nasais direita e esquerda. Elas são separadas completamente por uma estrutura chamada septo nasal; comunicam-se com o exterior pelas aberturas denominadas narinas e com a faringe pelos cóanos. As cavidades nasais são revestidas internamente pela mucosa nasal. Essa mucosa contém um conjunto de pêlos junto as narinas e fabrica uma secreção viscosa chamada muco. Os pêlos e o muco atuam como filtros capazes de reter microorganismos e partículas sólidas diversas que penetram no nariz com o ar. Por isso, devemos inspirar pelo nariz e não pela boca: o ar inspirado pelo nariz chega aos pulmões mais limpo do que o ar inspirado pela boca. Além de filtrado, o ar é também adequadamente aquecidoe umidificado no nariz.

2 Órgãos do sistema respiratório Faringe: é um canal comum aos sistemas digestório e respiratório e comunica-se com a boca e com as fossas nasais. O ar inspirado pelas narinas ou pela boca passa necessariamente pela faringe, antes de atingir a laringe. Laringe: é um tubo sustentado por peças de cartilagem articuladas, situado na parte superior do pescoço, em continuação à faringe. O pomo-de-adão, saliência que aparece no pescoço, faz parte de uma das peças cartilaginosas da laringe. A entrada da laringe chama-se glote. Acima dela existe uma espécie de lingüeta de cartilagem denominada epiglote, que funciona como válvula. Quando nos alimentamos, a laringe sobe e sua entrada é fechada pela epiglote. Isso impede que o alimento ingerido penetre nas vias respiratórias. O epitélio que reveste a laringe apresenta pregas, as cordas vocais, capazes de produzir sons durante a passagem de ar. Traquéia: é um tubo de aproximadamente 1,5 cm de diâmetro por centímetros de comprimento, cujas paredes são reforçadas por anéis cartilaginosos. Bifurca-se na sua região inferior, originando os brônquios, que penetram nos pulmões. Seu epitélio de revestimento muco-ciliar adere partículas de poeira e bactérias presentes em suspensão no ar inalado, que são posteriormente varridas para fora (graças ao movimento dos cílios) e engolidas ou expelidas. Pulmões: Os pulmões humanos são órgãos esponjosos, com aproximadamente 25 cm de comprimento, sendo envolvidos por uma membrana serosa denominada pleura. Nos pulmões os brônquios ramificam-se profusamente, dando origem a tubos cada vez mais finos, os bronquíolos. O conjunto altamente ramificado de bronquíolos é a árvore brônquica ou árvore respiratória. Cada bronquíolo termina em pequenas bolsas formadas por células epiteliais achatadas (tecido epitelial pavimentoso) recobertas por capilares sangüíneos, denominadas alvéolos pulmonares. Diafragma: A base de cada pulmão apóia-se no diafragma, órgão músculo-membranoso que separa o tórax do abdômen, presente apenas em mamíferos, promovendo, juntamente com os músculos intercostais, os movimentos respiratórios. Localizado logo acima do estômago, o nervo frênico controla os movimentos do diafragma O trabalho dos alvéolos pulmonares Os alvéolos são estruturas elásticas, formadas por uma membrana bem fina e envolvida por uma rede de vasos capilares sanguíneos. Existem milhões de alvéolos em cada pulmão. É em cada um deles que ocorrem as trocas gasosas entre o pulmão e o sangue. Nos alvéolos ocorre uma difusão dos gases por diferença de concentração e, consequentemente, da pressão dos gases. O sangue que chega aos alvéolos absorve o gás oxigênio inspirado da atmosfera. Ao mesmo tempo, o sangue elimina gás carbônico no interior dos alvéolos; esse gás é então expelido do corpo por meio da expiração.

3 Os movimentos respiratórios Na inspiração, o diafragma e os músculos intercostais se contraem. Ao se contrair, o diafragma desce e a cavidade torácica aumenta de volume verticalmente. Quando os músculos intercostais contraem, eles levam as costelas e o volume da cavidade torácica aumenta horizontalmente. Com o aumento do volume do tórax, a pressão do ar no interior da cavidade torácica e dos pulmões diminui. Então, a pressão do ar atmosférico torna-se maior que a pressão do ar interno, e o ar atmosférico penetra no corpo indo até os alvéolos pulmonares: é a inspiração. Num segundo movimento, o diafragma e os músculos intercostais relaxam, diminuindo o volume da cavidade torácica. Então, a pressão do ar interno (no interior dos pulmões) aumenta, tornando-se maior que a pressão atmosférica. Assim, o ar sai do corpo para o ambiente externo: é a expiração. Nos alvéolos pulmonares, o gás oxigênio, presente no ar inspirado, passa para o sangue que é então distribuído pelas hemácias a todas as células vivas do organismo. Ao mesmo tempo, as células vivas liberam gás carbônico no sangue. Nos pulmões, o gás carbônico passa do sangue para o interior dos alvéolos e é eliminado para o ambiente externo por meio da expiração. Doenças infecciosas GRIPE E RESFRIADO BRONQUITE Bronquite é a inflamação dos brônquios que ocorre quando seus minúsculos cílios param de eliminar o muco presente nas vias respiratórias. Rinite é um termo médico que descreve a irritação e inflamação crônica ou aguda da mucosa nasal. É uma doença que pode ser causada tanto por vírus como por bactérias, embora seja manifestada com mais freqüência em decorrência de alergia, ou por reações ao pó, fumaça e outros agentes ambientais. A asma é uma inflamação crônica dos brônquios. Ocorre inchaço dos bronquíolos e grande produção de catarro. O estreitamento e as contrações excessivas dos brônquios dificultam a passagem do ar. Reações do organismo Que tosse!

4 Quando impurezas se alojam na garganta ou na traquéia, é preciso limpá-las. A glote, pequena abertura no topo da laringe, se fecha, retendo o ar nos pulmões, o que aumenta a pressão no seu interior. Quando a glote se abre repentinamente, o ar sai com muita força e velocidade, levando junto muco e sujeiras. Isso é tosse. Atchim!!! Situação semelhante ocorre no nariz. Impurezas e outros agentes causam irritação no nariz ou na boca. A garganta se fecha, retendo o ar nos pulmões, o que aumenta a pressão no seu interior. Quando o ar volta, sai explodindo limpando as vias respiratórias, ou seja, ele passa arrancando as partículas irritantes. É o espirro. Uaaaaaaaa!!! Quando uma pessoa boceja inúmeras vezes, sabemos que ela está cansada, sonolenta, aborrecida ou desatenta. É a reação do cérebro avisando que as suas células precisam de mais oxigênio para produzir mais energia e, assim, continuar as suas atividades. Ao bocejarmos, inspiramos bastante ar, enviando ao organismo uma carga extra de oxigênio. Fermentação e Respiração

5 FERMENTAÇÃO Uma mudança química em matéria animal e vegetal provocada por leveduras microscópicas, bactérias, ou mofos é chamada de fermentação. Exemplos de fermentação são o azedamento de leite, o crescimento da massa de pão, e a conversão de açúcares e amidos em álcool. Muitas substâncias químicas industriais e vários antibióticos usados em medicamentos modernos são produzidos através de fermentação sob condições controladas. O resultado da fermentação é que uma substância seja quebrada em compostos mais simples. Em alguns casos a fermentação é usada para modificar um material cuja modificação seria difícil ou muito cara se métodos químicos convencionais fossem escolhidos. A fermentação é sempre iniciada por enzimas formadas nas celas dos organismos vivos. Uma enzima é um catalisador natural que provoca uma mudança química sem ser afetado por isto. A levedura comum é um fungo composto de minúsculas células tipo vegetais similares às bactérias. Suas enzimas invertase e zimase quebram açúcar em álcool e gás carbônico. Elas crescem o pão e transformam suco de uva em vinho. Bactérias azedam o leite produzindo ácidos láctico e buturico. Células do corpo humano produzem enzimas digestivas, como pepsina e renina que transformam comida em uma forma solúvel. Os produtos de fermentação foram usados desde a antigüidade Habitantes das cavernas descobriram que a carne emvelhecida tem um sabor mais agradável que a carne fresca. Vinho, cerveja, e pão são tão velhos quanto a agricultura. Queijo, que envolve a fermentação de leite ou creme é outra comida muito antiga. O valor medicinal de produtos fermentados é conhecido de há muito tempo. Os chinêses usavam coalho de feijão-soja mofado para curar infecções de pele há anos atrás. Os índios da América Central tratavam feridas infestadas com fungos. A verdadeira causa de fermentação, porém, não era compreendida até o século XIX. O cientista francês Louis Pasteur, enquanto estudando problemas dos cervejeiros e vinicultores da França, encontrou que um tipo de levedura produz vinho bom, mas um segundo tipo torna-o azedo. Esta descoberta conduziu à teoria da origem de doenças de Pasteur. A química das fermentações é uma ciência nova que ainda está em suas fases mais iniciais. É a base de processos industriais que convertem matérias-primas como grãos, açúcares, e subprodutos industriais em muitos produtos sintéticos diferentes. Cepas cuidadosamente selecionadas de mofos, leveduras e bactérias, e são usadas. A Penicilina é um antibiótico que destrói muitas bactérias causadoras de doenças. É derivado de um mofo que cresce em uma mistura fermentativa de substâncias cuidadosamente selecionadas para este propósito. A Penicilina industrial e muitos outros antibióticos se tornaram uma área muito importante da indústria farmacêutica. O Ácido cítrico é uma das muitas substâncias químicas produzidas por microrganismos. É usado em limpadores de metal e como um preservativo e agente de sabor em alimentos. O Ácido cítrico é responsável pelo sabor azedo de frutas cítricas. Poderia ser obtido delas, mas necessitaria muitos milhares de frutos para produzir a quantia de ácido cítrico atualmente feita pela fermentação de melado com o mofo Aspergillus niger. Um produto de fermentação, Terramicina, é adicionado a rações animais para acelerar o crescimento dos animais e os proteger de doenças. Certas vitaminas são feitas através de fermentação de mofos; e as próprias enzimas, extraídas de vários microrganismos, têm muitos usos na fabricação de alimentos e medicamentos. As bactérias utilizadas industrialmente são as anaeróbias e microaerófilas, para a produção de ácido acético, lático, glucônico, propiônico e outros, ou para a produção de alimentos como queijos, picles, chucrutes, vinagres, leites fermentados e outros. Os fungos também são usados na produção de ácidos por via fermentativa. Os principais ácidos são: cítrico, glucônico, fumárico, lático, gálico, ácidos graxos e outros. As bactérias envolvidas nos processos

6 para obtenção de ácidos são principalmente as do gênero Acetobacter e Lactobacillus. As bactérias podem formar inúmeros ácidos diferentes. São, no entanto, de maior interesse econômico algumas das bactérias produtoras de ácido lático, ácido acético e de ácido propiônico. Os ácidos são provenientes da degradação anaeróbica de glicídeos por oxidação incompleta. Fermentação lática Na fermentação lática, o ácido pirúvico é transformado em ácido lático pela utilização de íons hidrogênio transportados pelos NADH2 formados na glicólise. A fermentação lática é realizada por algumas bactérias, alguns protozoários e fungos e por células do tecido muscular. No tecido muscular do nosso corpo, quando a atividade física é muito intensa, há insuficiência de oxigênio para manter a respiração e liberar a energia necessária. Nesses casos, as células degradam anaerobiamente a glicose em ácido lático. Esse ácido lático pode ser acumulado nos tecidos, originando a fadiga muscular. Cessada a atividade física, o ácido lático formado é transformado novamente em ácido pirúvico, que continua a ser degradado pelo processo da respiração. Outros exemplos de fermentação lática são o azedamento do leite e a produção de conservas, como o picles. Fermentação alcoólica Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico libera, inicialmente, uma molécula de CO2, formando um composto com 2 carbonos que sofre redução pelo NADH2, originando álcool etílico. A fermentação alcoólica ocorre principalmente em bactérias e leveduras. Entre as leveduras, que são fungos microscópicos, a espécie Saccharomyces cerevisiae é utilizada na produção de bebidas alcoólicas. Esse levedo transforma açúcares contidos em sucos de uva e de malte em vinho e cerveja, respectivamente. O levedo também é empregado para fazer pão. Nesse caso, o CO2 produzindo por fermentação fica armazenado no interior da massa, em pequenas câmaras, fazendo-a crescer. Ao se assar a massa, as paredes dessas câmaras se enrijecem, mantendo a estrutura alveolar. RESPIRAÇÃO As reações químicas que ocorrem na respiração podem ser agrupadas em duas fases: Fase anaeróbia: ocorre na ausência de oxigênio no citosol da célula; Fase aeróbia: ocorre na presença de oxigênio; nas células eucarióticas, ocorre dentro das mitocôndrias. Fase anaeróbia Na fase anaeróbia ocorre a glicólise, com formação ocorre a glicólise, com formação de ácido pirúvico, que entrará na mitocôndria, onde se iniciam as seqüências de reações da fase aeróbia: ciclo de krebs e cadeia respiratória. Algumas bactérias podem realizar um tipo particular de respiração, denominado respiração anaeróbia. Nesse caso, em vez de O2, utilizam nitritos, nitratos, mitratos, sulfatos ou carbonatos para oxidar a matéria orgânica. É o caso das bactérias desnitrificantes do solo, como a Pseudomonas denitrificans.

7 Elas participam do ciclo do nitrogênio, devolvendo à atmosfera o N2. Como só realizam esse processo na ausência de O2, a desnitrificação não é um mecanismo muito frequente em solos oxigenados, mas é muito comum em regiões pantanosas onde a taxa de O2 é reduzida. Fase aeróbia da respiração: ciclo de krebs e cadeia respiratória Essa fase da respiração nas células eucarióticas ocorre dentro das mitocôndrias, em presença de oxigênio. É dividida em duas sequências de reações: ciclo de krebs, que ocorre na matriz mitocondrial, e cadeia respiratória, que ocorre nas cristas mitocondriais. Apesar de o oxigênio participar diretamente da cadeia respiratória apenas como aceptor final de hidrogênios, formando água, as demais reações dessa fase podem cessar na ausência de oxigênio, sendo, portanto, um reagente fundamental na sequênciad de reações. Na ausência de oxigênio, alguns organismos e mesmo células do nosso tecido muscular continuam a realizar a glicólise, desviando o metabolismo para a fermentação. A glicólise, portanto, não depende do oxigênio para ocorrer, mas o ciclo de krebs e a cadeia respiratória sim. Ciclo de krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico O ciclo de krebs foi descoberto por Hans Krebs, daí seu nome, embora krebs o tenha denominado ciclo do ácido tricarboxílico ou ciclo do ácido cítrico. O gás carbônico liberado na respiração é proveniente da formação de acetil e do ciclo do ácido cítrico. Cadeia respiratória Na cadeia respiratória há transferência dos hidrogênios transportados pelo NAD e FAD ( flavina-adeninadinucleotídeo ) para o oxigênio, formando água. Nessas transferências há liberação de elétrons excitados, que vão sendo captados por aceptores intermediários, denominados citocromos. Nesse processo, os elétrons perdem gradativamente energia, que, em parte, será utilizada para a formação de calor. A função básica da cadeia respiratória é a formação de ATP, processo denominado fosforilação oxidativa. Na cadeia respiratória, os elétrons vão perdendo energia até o último elemento da cadeia, que é o oxigênio. Esse oxigênio recebe os íons hidrogênio, formando água. Na respiração, então, o aceptor final de hidrogênios é o oxigênio. Na degradação da glicose por meio dos mecanismos respiratórios tem-se, inicialmente, a glicólise, que ocorre no citosol, durante a qual há produção de 2 moléculas de ácido pirúvico e saldo de 2 ATP e 2 NADH2. As moléculas de NADH2 atravessam as membranas da mitocôndria e, nesse processo, há um gasto de 2 ATPs. Assim, ao final da cadeia respiratória, essas moléculas de NADH2 provenientes da glicólise dão um saldo energético de apenas 4 ATPs. Os demais NADH2 que se formam na respiração já se encontram dentro da matriz mitocondrial, não hevendo, portanto, gasto de energia para incorpora-los a essa organela. Nesses casos, cada NADH2 ao final da cadeia respiratória forma, como saldo, 3 moléculas de ATP. Cada FADH2 produzido no ciclo de Krebs forma, ao final da cadeia respiratória, 2 moléculas de ATP. Nos procariontes, como não há mitocôndrias, todo o processo da respiração membrana plasmática. Nesses casos, o saldo é de 38 moléculas de ATP que ocorre nos NADH2 do citoplasma para o interior da mitocôndria.

8 DIFERENÇAS Na fermentação, a glicose é degradada, na ausência de oxigênio, em substâncias mais simples, como o ácido lático (fermentação lática) e o álcool etílico ( fermentação alcoólica). Nesses processos, há um saldo de apenas 2 moléculas de ATP. Na respiração, processo que utiliza oxigênio, a glicose é completamente degradada, formando gás carbônico e água. A energia liberada é suficiente para haver um saldo de 36 ou 38 moléculas de ATP. Portanto, o ganho energético é maior na respiração do que na fermentação. A fermentação ocorre no citosol. Inicialmente, a molécula de glicose é degradada em duas moléculas de ácido pirúvico, cada uma com 3 carbonos ( C3H4O3 ). Essa etapa é denominada glicólise e é comum tanto para a fermentação como para a respiração. A glicólise é um processo exotérmico, mas para que se inicie, há necessidade de duas moléculas de ATP. Na glicólise, uma molécula de glicose libera energia para formar quatro moléculas de ATP, duas das quais repõem as utilizadas na própria ativação inicial da glicose, ficando um saldo final de 2 ATP. Além disso, são formadas duas moléculas de NADH2, que são transportadoras de hidrogênio. Referências: Cadeias e teias alimentares As cadeias alimentares, ou cadeias tróficas, são sequencias de eventos consecutivos de relações de alimentação de um grupo de organismos por outros, formando níveis tróficos, que englobam os produtores, consumidores e decompositores. O componente biótico de um ecossistema relaciona-se entre si e estipula níveis para essas relações. Podemos, então, classificar os seres vivos de acordo com as funções específicas que desempenharão dentro de um ecossistema. Organismos autótrofos São assim chamados todos os organismos que têm a capacidade de transformar a matéria inorgânica em matéria orgânica, normalmente, utilizando a luz solar e produzindo o oxigênio. Têm essa capacidade todos os fotossintetizantes e quimiossintetizantes (que ao invés da luz solar, utilizam substâncias químicas oxidadas). Organismos heterótrofos São assim considerados todos os organismos que não são capazes de produzir o seu próprio alimento, tendo assim, que utilizar a energia produzida pelos autótrofos ou mesmo por outros heterótrofos (dependendo de sua dieta).

9 Produtores São sempre autótrofos, produzem alimento que será usado na cadeia, e por isso estão obrigatoriamente no início de qualquer cadeia alimentar. A energia transformada a partir da luz solar e do gás carbônico será repassada a todos os outros componentes restantes da cadeia ecológica. Os principais produtores conhecidos são plantas e algas microscópicas (fitoplâncton). Consumidores São os organismos que necessitam alimentar-se de outros organismos para obter a energia que eles não podem produzir para si próprios. Vão-se alimentar dos autótrofos e de outros heterótrofos podendo ser consumidores primários, consumidores secundários, consumidores terciários e assim por diante. Na alimentação, nem toda a energia obtida será integralmente usada, isto é, parte dessa energia não será absorvida e será eliminada com as fezes; outra parte será dissipada em forma de calor. Assim, grande parte da energia será perdida no decorrer de uma cadeia alimentar, diminuindo sempre a cada nível. Podemos, então, dizer que o fluxo de energia num ecossistema é unidirecional começando sempre com a luz solar incidindo sobre os produtores, e diminuindo a cada nível alimentar dos consumidores. Fonte: Decompositores São organismos que atuam exatamente em papel contrário ao dos produtores. Eles transformam matéria orgânica em matéria inorgânica, reduzindo compostos complexos em moléculas simples, fazendo que estes compostos retornem ao solo para serem utilizados novamente por outro produtor, gerando uma nova cadeia alimentar. Os decompositores mais importantes são bactérias e fungos. Por se alimentarem de matéria em decomposição são considerados saprófitos. O conjunto de uma série de ecossistemas é chamado de teia alimentar. Nesse caso, várias teias se entrelaçam, fazendo que as relações ecológicas sejam múltiplas e o alimento disponível possa ser utilizado por vários indivíduos, realmente compondo um ecossistema. Importante: 1. A energia é unidirecional. 2. A matéria é cíclica.

10 Níveis Tróficos 1. O conjunto de indivíduos que se nutre no mesmo patamar alimentar, ou seja, alimentam-se basicamente dos mesmos nutrientes e estão colocados em um mesmo nível trófico. 2. Os produtores estão colocados no 1. nível trófico. 3. Os consumidores primários, aqueles que se alimentam dos produtores, são herbívoros e constituem o 2. nível trófico. 4. Os consumidores secundários compõem o 3. nível trófico, sendo os carnívoros. 5. Após esses, existe o 4. nível trófico, e assim por diante. 6. Os decompositores ocupam sempre o último nível da transferência de energia, formando um grupo especial que degrada tanto produtores quanto consumidores. Importância de se conhecer as cadeias alimentares Justifica-se pela possibilidade do uso natural de animais ou plantas a fim de controlar ou equilibrar o ecossistema, de forma a evitar o uso de pesticidas e de quaisquer outras formas artificiais que possam desequilibrar em longo prazo o ambiente, ou ainda, provocar sérias reações nos animais e até nos seres humanos que ali habitam. Fonte: