Metabolismo Aerbio X Anaerbio Glucose cido lctico 2
Metabolismo Aeróbio X Anaeróbio: Glucose ácido láctico + 2 unidades de energia*. Aeróbio: Glucose + O 2 CO 2 + H 2 O + 38 unidades de energia*. * ATP
Estrutura da molécula de ATP. O ATP é composto por uma base orgânica e uma cadeia de fosfatos. Note que as regiões carregadas da cadeia do fosfato estão próximas umas das outras. Essas cargas tendem a se repelir umas às outras, dando às ligações que as mantém unidas uma energia potencial de transferência particularmente alta.
Diferenças da respiração na água e no ar • Problemas: – Água tem pouco oxigênio (bastante no ar); – Metazoários devem levar grandes quantidades de oxigênio para os tecidos do corpo; – Como extrair oxigênio da água e movê-lo contra um gradiente de concentração para o corpo, e distribuí-lo para os tecidos? • Sistema respiratório; • Sistema circulatório.
Física da Água versus a do Ar Viscosidade: água é 60 vezes mais viscosa do que o ar Densidade: água é 800 vezes mais densa do que o ar Condutividade de calor e capacidade: água alta; ar baixa
Oxigênio na água • Oxigênio tem baixa solubilidade na água • Conteúdo do ar seco: – 20, 9% O 2 (209 ml/L); 0, 03% CO 2 (0, 3 ml/L) • Conteúdo do ar úmido (38% úmido): – 13% O 2; 0, 02% CO 2 • Conteúdo de gases na água saturada: – A 15°C, 7 ml O 2/ L – CO 2 varia devido ao sistema tampão (0, 3 ml/L de água como gás, total 34 a 56 ml/L, principalmente na forma de íon bicarbonato).
Volume dissolvido de CO 2= 1019 x 0, 03/100 = 0, 3 ml/L de O 2 = 34, 1 X 20, 9/100 = 7, 1 ml/L
A água, em equilíbrio com o ar atmosférico a 15ºC, contém 7 ml de O 2 por 1000 ml de água. Estes 7 ml pesam 0, 01 g e esta quantidade é encontrada em um peso de água 100. 000 vezes maior. O ar contém 209 ml de O 2 em 1000 ml de ar. Esse O 2 pesa 0, 28 g. O restante do ar, 791 ml de N 2, pesa 0, 91 g. Portanto, para obtenção de uma dada quantidade de oxigênio deve-se mover apenas 3, 5 vezes sua massa de gás inerte.
Solubilidade do Oxigênio com a Temperatura
Temperatura apresenta um duplo problema • Solubilidade do O 2 decresce com a temperatura • Taxas metabólicas aumentam com a temperatura • Em águas quentes, peixes devem retirar mais O 2 de uma menor quantidade!
Órgãos Respiratórios Principalmente brânquias, pulmões, traquéias e outros órgãos acessórios. Brânquias – evaginação de tecidos vascularizados – principalmente para respiração aquática. Alguns animais com respiração aérea possuem brânquias ou estruturas similares modificadas (caranguejos terrestres–pulmões branquiostégicos). Pulmões – invaginação de tecidos vascularizados – principalmente para respiração aérea. Alguns, como o pepino-do-mar possuem pulmões aquíferos. Traquéia – sistema de tubos dos insetos, respiração aérea. Órgãos acessórios para respiração aérea e aquática.
Respiração aquática: Sistemas Respiratórios de Peixes (brânquias) Como os peixes removem 80 - 90% do oxigênio disponível na água? • • Distâncias de difusão pequena nas brânquias Grande superfície de difusão nas brânquias Sistema de contra corrente para troca de gases Grandes volumes de água passam pelas brânquias (100. 000 X o peso em água, no ar somente 3, 5 X)
Distâncias de difusão curtas • Os filamentos branquiais possuem “placas de difusão” chamadas lamelas secundárias com um epitélio muito fino; • Nos tecidos do corpo os capilares são estreitos e com epitélio muito fino para minimizar as distâncias de difusão entre o sangue e as células.
1 - arco branquial; 2 - epitélio mucoso; 3 - membrana basal; 4 -submucosa, 5 osso; 6 - tecido adiposo; 7 - arteríola branquial eferente; 8 - arteríola branquial aferente; 9 - lamela primária ou filamento branquial; 10 - lamela secundária
1 - lamela primária; 2 - lamela secundária; 3 - células epiteliais; 4 - células mucosas; 5 células pilares; 6 - lúmem do capilar; 7 - eritrócitos; 8 - células basais; 9 - sinus venoso central.
Área Branquial • Quatro arcos branquiais em cada lado do corpo no peixes ósseos. • Duas fileiras de filamentos branquiais em cada arco (demibrânquias). • Muitos filamentos por demibrânquia com pouco espaçamento. • Muitas lamelas secundárias por filamento branquial. • Resultado: área branquial é 10 - 60 x a área da superfície do corpo, dependendo da espécie.
Sistema de Contra-Corrente • Sangue flui através das lamelas no sentido posterior para anterior • A água flui sobre as lamelas no sentido anterior para posterior • Contra-corrente permite difusão de oxigênio mais concentrado da água para menos concentrado do sangue, ao longo de toda a lamela
Volume grande de água • Mecanismo típico é uma bomba na câmara branquial chamada de bomba bucal ou faringiana; • Alternativa: nadar com a boca e os opérculos ligeiramente abertos permitindo com que a água flua enquanto o peixe nada.
Bomba Faringiana - 4 passos • 1. Enche a cavidade da boca (abre a boca, expande o volume da câmara opercular com o opérculo fechado) • 2. Enche a cavidade branquial (fecha a boca, aperta a cavidade bucal, expande a cavidade branquial, com opérculo fechado) • 3. Expele água da cavidade branquial (aperta boca e cavidade branquial, abre o opérculo) • 4. Prepara-se para o próximo ciclo.
Estruturas Respiratórias Auxiliares • Pele – difusão de oxigênio da água para uma densa rede de capilares da pele (enguias) • Bexiga natatória fisóstoma (gars, pirarucu) • Pulmões – modificação da bexiga natatória (peixes pulmonados: pirambóia, Protopterus, Neoceratodus) • Boca – teto vascularizado (enguia elétrica, mudsuckers) • Trato digestório – estômago ou parede intestinal vascularizada (bagres, loaches)
Arapaima gigas (pirarucu)
RESPIRAÇ O AÉREA Brânquias – caranguejos, Lígia (baratinha-da-praia), caranguejos terrestres (como caranguejo-doscoqueiros) Pulmões – de difusão – como de alguns moluscos – ex. : Littorina de ventilação – tetrápodes. A ventilação na maioria dos vertebrados é bidirecional. Nas aves é mais complexo, basicamente unidirecional.
Rana cancrivora
Pulmão de aves
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