BIOLOGIA E GEOLOGIA A | 10º ANO
DISTRIBUIÇÃO DE MATÉRIA
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EXERCÍCIOS
APRENDIZAGENS ESSENCIAIS
BIOLOGIA
Distribuição de matéria
1. O transporte nas plantas
A história evolutiva das plantas terá começado nas algas verdes multicelulares, o ancestral comum a todos os tipos de plantas. Daqui originaram-se dois grandes grupos de plantas. As mais simples, constituídas por organismos pouco diferenciados e que não apresentavam sistemas condutores – Plantas não Vasculares. E as mais complexas, que entre outras características, apresentam feixes condutores – Plantas Vasculares. Nestas incluem-se as plantas vasculares sem sementes, as plantas vasculares com sementes e as plantas vasculares com sementes e com flor.
Para que esta evolução tenha ocorrido, foi fundamental a adaptação ao meio terrestre, que aconteceu através de mudanças estruturais e de um aumento crescente de complexidade o que levou a uma grande diversidade. A mudança estrutural mais evidente foi a criação de sistemas de transporte específicos, nomeadamente um sistema radicular que lhes permite absorver água e sais minerais do exterior, e um sistema condutor formado por dois tipos de vasos – o xilema, que transporta essencialmente água e sais minerais (seiva bruta) da raíz para toda a planta, e o floema, que transporta água, compostos orgânicos e sais minerais (seiva elaborada) das folhas a todas as partes da planta. Translocação é a designação deste movimento de água e solutos que ocorre no interior da planta.
Constituição do xilema
Xilema, lenho ou tecido traqueano, é o vaso especializado no transporte da água e sais minerais, constituintes da seiva xilémica ou seiva bruta. Estes vasos são formados por uma sequência de células mortas, colocadas topo a topo, cujas paredes transversais desaparecem total ou parcialmente (formando um tubo). Quanto às paredes laterais, estas apresentam no seu interior espessamentos resultantes da deposição de lenhina (esta substância encontra-se associada à celulose e confere rigidez, impermeabilidade e resistência às células vegetais) com diferentes aspetos o que permite distinguir os vários tipos de vasos.
Constituição do floema
Floema, líber ou tecido crivoso é o tecido condutor especializado no transporte de água, compostos orgânicos e sais minerais, que constituem a seiva floémica ou seiva elaborada. Estes vasos são compostos por células vivas, de paredes celulósicas, alongadas e colocadas topo a topo (tubos crivosos) em que as paredes transversais, providas de poros são denominadas placas crivosas. Aolado das células dos tubos crivosos encontram-se as células de companhia, células vivas, alongadas e de paredes celulares finas.
A importância dos estomas
Ao nível das folhas, no sentido interno ocorre a difusão de CO2 para que possa ocorrer fotossíntese, enquanto no sentido externo ocorre a difusão de vapor de água, pelo processo de transpiração. Estes dois fenómenos são controladas através de estruturas que se localizam na epiderme da folha – os estomas. Estes são formados por duas células labiais (também designadas células estomáticas, ou células guarda), no centro das quais existe um orifício – o ostíolo que comunica com a câmara estomática. A envolver as células labiais, existem as células companhia ou células companheiras. O modo de funcionamento, abertura ou fecho, dos estomas está associado ao estado de turgescência ou de plasmólise das células guarda, respetivamente. As células guarda, do ponto de vista estrutural são diferentes das restantes células epidérmicas. Possuem cloroplastos e as suas paredes celulares são mais espessas junto ao ostíolo e menos espessas junto das células companhia, consequentemente é aqui que apresentam maior elasticidade. Quando entra água nas células guarda, verifica-se um aumento do seu volume e da pressão de turgescência, o que faz com que as células fiquem túrgidas. Como a parede celular é mais fina do lado que está em contacto com as células companhia, vai distender-se nessa zona, o que leva à abertura do ostíolo. Por outro lado, quando a água sai do interior das células guarda, verifica-se uma diminuição de volume e da pressão de turgescência, ficando plasmolisadas. Neste caso a parede, na zona mais fina, vai retrair-se, as células guarda voltam ao seu estado inicial, aproximando-se, e ostíolo fecha.
Absorção de água e de solutos pelas plantas
Ao nível da raiz das plantas existem pelos radiculares (prolongamentos das células epidérmicas), que aumentam a área da raiz que está em contacto com o solo e, consequentemente, a eficiência da captação de água.
No interior das células da raiz, a quantidade de água é, normalmente, inferior à quantidade existente no solo. Esta diferença promove a entrada de água até aos vasos xilémicos, por osmose.
Os iões minerais (Ca+, K+, NO3–, SO4+) dissolvidos na solução do solo encontram-se, normalmente, em concentrações mais elevadas que no interior das células, entrando nas células da raiz por difusão simples, através das membranas celulares.
No entanto, por vezes, as raízes acumulam concentrações de iões minerais superiores às concentrações existentes na solução do solo. Neste caso, o movimento dos iões faz-se por transporte ativo, uma vez que é contra o gradiente de concentração, requerendo gasto de energia.
1.1 Transporte no xilema
São aceites três teorias para explicar o movimento ascendente de água e sais minerais, ao longo do xilema.
Hipótese da pressão radicular
Segundo esta teoria desenvolve-se uma pressão positiva no xilema, na região das raízes, que impulsiona a seiva bruta no sentido ascendente. Ou seja, verifica-se um aumento da pressão na raiz, causado pela entrada de iões para as células radiculares, por transporte ativo, o que aumenta o potencial do soluto promovendo o movimento de água, por osmose, para o interior dos vasos xilémicos, aumentando a pressão radicular, o que força a água a subir. A pressão radicular é, portanto, o tipo de pressão que permite que a água absorvida pela raiz se desloque até à extremidade superior da planta.
Se a pressão radicular for muito elevada, a água pode ascender e ser libertada nas folhas num fenómeno designado gutação e/ou exsudação.
Hipótese da tensão-coesão-adesão
A hipótese da pressão radicular não consegue explicar os fenómenos de ascensão ao nível do xilema em plantas de grande porte (a pressão radicular não é suficientemente grande para que tal se verifique), e os fenómenos de exsudação e gutação não se verificam em todas as plantas.
Surgiu então a hipótese da tensão-coesão-adesão:
- A transpiração ao nível das folhas, faz com que as células do mesófilo percam água através dos estomas, causando um défice de água na parte superior da planta, o que cria uma pressão negativa – tensão. A concentração de soluto nestas células aumenta e, consequentemente, a pressão osmótica também aumenta.
- As células do mesófilo tornam-se hipertónicas em relação às células do xilema. Desta forma, a água contida nas células do xilema vai ser transferida, para as células do mesófilo.
- Devido à polaridade das moléculas de água, criam-se forças de coesão que mantêm as moléculas de água unidas umas às outras. As moléculas de água têm também forte afinidade com outras substâncias existentes nas paredes dos vasos xilémicos o que vai potenciar a adesão (entre a água e o xilema) e formar uma coluna contínua de água.
- O movimento de água do xilema para o mesófilo faz mover a coluna de água (corrente de transpiração). Quanto mais rápida a transpiração, mais rápida a ascensão.
- Há um fluxo passivo de água de áreas de potencial de água mais elevado para áreas de potencial de água menor.
- A ascensão de água nas zonas superiores da planta cria um défice de água no xilema da raiz, levando ao aumento do fluxo de água do exterior para o interior da planta.
1.2 Transporte no floema
Como a fotossíntese não ocorre em todas as células das plantas, a matéria orgânica produzida nos órgãos fotossintéticos tem de ser transportada a todas as restantes células da planta. Este transporte é realizado pelo floema.
Hipótese do fluxo de massa (Münch)
Esta hipótese defende que o transporte floémico ocorre devido a um gradiente de concentração de sacarose que se estabelece entre uma fonte onde a sacarose é produzida e um local onde é consumida e/ou reservada.
- A glicose elaborada nos órgãos fotossintéticos, durante a fotossíntese, é convertida em sacarose que entra, por transporte ativo, para as células do floema;
- Devido à entrada da sacarose, a concentração de soluto no floema aumenta, aumentando também a pressão osmótica, que fica superior à das células envolventes;
- O aumento da pressão osmótica no interior do floema, faz com que a água se movimente das células que rodeiam o vaso floémico, para os tubos crivosos, aumentando a pressão de turgescência;
- A pressão de turgescência é responsável pelo movimento da água de zonas de alta pressão osmótica, para zonas de baixa pressão osmótica, passando através das placas crivosas;
- Quando a sacarose chega a locais de consumo ou reserva, sai do floema por transporte ativo, sendo depois convertida em glicose;
- Quando a sacarose abandona os tubos crivosos, também a água, por osmose, sai para as células envolventes.
2. O transporte nos animais
À semelhança das plantas, também os animais necessitam de efetuar trocas com o meio exterior. A especialização dos sistemas de transporte dos animais está diretamente relacionada com a com o grau de complexidade do animal. Desta forma, os animais mais simples, como hidras ou corais, não possuem um sistema de transporte especializado. Nestes, todas as células se encontram próximas do meio externo, ocorrendo as trocas por difusão simples.
Por outro lado, os animais mais complexos possuem um sistema de transporte especializado que é constituído por um fluido circulante (sangue, linfa ou hemolinfa), um conjunto de vasos ou lacunas nos quais o fluido se movimenta, e um órgão propulsor – o coração.
Funções do sistema de transporte:
- Garantir um aporte de nutrientes e oxigénio às células
- Remover produtos de excreção resultantes do metabolismo celular
- Distribuir calor metabólico no organismo
- Assegurar a defesa do organismo contra substâncias estranhas ao mesmo
- Realizar o transporte de hormonas desde as glândulas endócrinas até às células alvo
2.1 Sistemas de transporte
Os sistemas de transporte podem ser:
- Abertos: o sangue banha diretamente as células, abandonando os vasos e ocupando lacunas. Nestes casos não há distinção entre o sangue e o fluido intersticial, designando-se por isso hemolinfa. É característico de insetos.
- Existe um vaso dorsal com um coração tubular ao longo do dorso do inseto, que possui válvulas internas e pequenos orifícios – ostíolos – e de onde partem ligações a artérias tubulares. A hemolinfa entra para o coração tubular através dos ostíolos; estes fecham, o coração contrai e a hemolinfa passa, através das válvulas internas, para as artérias dorsais, fluindo destas para as lacunas. O tubo dorsal relaxa, os ostíolos abrem e a hemolinfa, proveniente das lacunas, entra novamente para o coração tubular.
- Fechados: todo o percurso do sangue é feito dentro de vasos. Este sistema apresenta eficácia de distribuição, de oxigénio e de nutrientes às células, muito superior ao sistema aberto.
Os sistemas de transporte nos vertebrados podem ser:
- circulação simples
- circulação dupla incompleta
- circulação dupla completa
Circulação simples (Ex: peixes)
O coração é constituído apenas por duas cavidades, uma aurícula e um ventrículo, nos quais passa somente sangue venoso e apenas uma vez no decorrer de cada circulação.
O sangue venoso, oriundo dos diferentes órgãos, entra na aurícula. Esta contrai-se e impele o sangue para o ventrículo. A contração do ventrículo faz o sangue progredir até ao cone arterial e daqui até às brânquias, onde é oxigenado (passa a sangue arterial), e daqui segue para a aorta dorsal que se ramifica para todo o corpo, onde após realizadas as trocas de substâncias, regressa ao coração.
Ao passar nos capilares branquiais, a pressão sanguínea diminui, o que faz com que o sangue flua mais lentamente para os outros órgãos (sob baixa pressão).
Circulação dupla incompleta (Ex: anfíbios)
O coração apresenta três cavidades, duas aurículas e um ventrículo. O sangue passa duas vezes no coração: uma para iniciar a circulação sistémica (sangue arterial) e outra para iniciar a circulação pulmonar (sangue venoso), podendo ocorrer mistura parcial dos dois tipos de sangue ao nível do ventrículo.
O sangue venoso, proveniente das várias partes do corpo, entra na aurícula direita. Esta, por contração, impele o sangue para o único ventrículo. Por contração do ventrículo, o sangue segue para a artéria pulmonar que se divide em dois ramos, um para aos pulmões outro para a pele, onde é oxigenado. Regressa ao coração pelas veias pulmonares entrando na aurícula esquerda. Esta contrai enviando o sangue para o ventrículo que, por sua vez, também vai contrair e bombear o sangue para a artéria aorta, que se ramifica, fazendo chegar o sangue a todas as zonas do corpo. O sangue regressa ao coração pela aurícula direita.
Circulação dupla completa (Ex: mamíferos)
O coração apresenta quatro cavidades, duas aurículas e dois ventrículos, não existindo, em condições normais, possibilidade de mistura de sangue arterial e sangue venoso. O sangue venoso, proveniente de todas as partes do corpo, entra pelas veias cavas na aurícula direita. Esta contrai-se impulsionando o sangue para o ventrículo direito, que vai também contrair impelindo o sangue para a artéria pulmonar. O sangue segue até aos pulmões onde é arterializado. Regressa ao coração, através das veias pulmonares, entrando na aurícula esquerda. Esta vai contrair e obrigar o sangue a seguir para o ventrículo esquerdo. Daqui, por contração do ventrículo, o sangue é impulsionado para a artéria aorta, que se ramifica e faz chegar o sangue arterial a todas as partes do organismo. Após as trocas necessárias que ocorrem a nível dos capilares, o sangue regressa ao coração, reiniciando-se o ciclo.
Particularidades da circulação dupla completa
- A oxigenação celular é mais eficiente o que permite uma maior capacidade energética;
- Os vasos sanguíneos apresentam diferentes características estruturais consoante a sua localização e função. Desta forma, a parede dos vasos capilares é muito fina, constituída por uma só camada de células o que permite a troca de substâncias. Por outro lado, as artérias têm uma parede espessa e elástica, uma vez que têm que suportar grandes pressões de bombeamento de sangue. As veias têm paredes flácidas, menos espessas que as das artérias.
- O coração, como órgão propulsor muscular, gera pressão que permite criar fluxo sanguíneo. Para além disso, possui válvulas auriculoventriculares e arteriais (à entrada das artérias aorta e pulmonar), que determinam o sentido do fluxo e evitam o retrocesso do sangue no sistema circulatório.
- A pressão sanguínea é máxima nas artérias, diminui ao longo das arteríolas e dos capilares, sendo mínima nas veias cavas.
- Uma vez que a pressão nas veias é mínima, o movimento do sangue nestes vasos é possível graças a mecanismos que permitem o regresso do sangue ao coração, nomeadamente:
- Válvulas interiores que impedem o retrocesso da corrente sanguínea;
- Músculos esqueléticos que rodeiam as veias e que ao contraírem exercem compressão sobre estas, movimentando o sangue que nelas circula;
- Movimentos respiratórios;
- Diminuição da pressão nas aurículas durante a diástole (exerce uma ação de sucção sobre as veias).
2.2 Fluidos circulantes
Sangue
O sangue é constituído por uma fração líquida, o plasma, constituído por água e no qual se encontram em suspensão, proteínas e outras substâncias transportadas, assim como a fração sólida ou elementos celulares (hemácias/eritrócitos/glóbulos vermelhos – transporte de dióxido de carbono e oxigénio; leucócitos/glóbulos brancos – defesa do organismo; plaquetas – coagulação).
Linfa intersticial
O sangue circula dentro dos vasos sanguíneos, por esse motivo, não é o sangue que está em contacto direto com as células, no corpo humano, mas sim, a linfa intersticial. Esta é um fluido claro e transparente, constituído por substâncias provenientes do sangue, uma vez que ao nível dos capilares, a pressão sanguínea força o plasma e pequenas moléculas dissolvidas a passarem através da parede para os tecidos, assim como os leucócitos que abandonam os capilares sanguíneos, por diapedese e também se juntam à linfa intersticial. A linfa intersticial difere do plasma sanguíneo pelo facto de não possuir hemácias e ter poucas proteínas (são macromoléculas que não conseguem atravessar a parede dos capilares).
Linfa Circulante
Parte da linfa intersticial regressa ao capilar sanguíneo outra parte é recolhida por outros vasos, os capilares linfáticos, passando a designar-se linfa circulante. Estes vasos fazem parte de um sistema que constitui o sistema linfático. A linfa é de extrema importância, pois é neste fluido que as células lançam os produtos tóxicos do seu metabolismo, e apresenta também importantes funções de defesa, uma vez que os leucócitos são dos seus principais constituintes.
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