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Os peixes quebram uma molécula de água para absorver oxigênio?

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Como os peixes separam o oxigênio do H20 e consumir? Eles quebram a molécula de água e absorvem apenas o oxigênio?


A resposta para isso, eu acho, é que eles não.

Eles usam oxigênio molecular (O2) dissolvido na água para a respiração, onde atua como um aceptor terminal de elétrons, assim como usamos o oxigênio molecular do ar para a respiração. Podemos falar da água como sendo oxigenado.

Água é dividida na fotossíntese, onde reduzindo equivalentes de água são usados ​​para reduzir NADP+ (dando NADPH).

Uma das grandes descobertas da biologia, IMO, é que o oxigênio formado na fotossíntese das plantas verdes vem da água, não do CO2.

Ciclo de ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs) Rant

Apesar de afirmações em contrário, de forma mais infame por Racker (1976, pp 28-29) e Wieser (1980), mas também por Madeira (1988) e Mego (1986), por exemplo, a água é não dividido no ciclo do ácido tricarboxílico (Ciclo de Krebs). Banfalvi (1991) também navega muito perto do vento neste.

Ou seja, reduzir os equivalentes de água são não transmitidos pela cadeia respiratória, ou de alguma forma usados ​​para fazer ATP, ou são de alguma forma uma 'fonte' de energia livre. Essas afirmações, IMO, são absurdas.

As respostas definitivas ao artigo de Wieser (1980) são fornecidas por Atkinson (1981) e Herreros & Garcia-Sancho (1981). Ambos os artigos são modelos de clareza e refutam categoricamente as afirmações de Wieser (1980). No entanto, como mostram as referências acima, a controvérsia surge periodicamente.

As únicas fontes de equivalentes redutores no ciclo do TCA são os compostos de carbono, e os únicos elétrons passados ​​pela cadeia respiratória são aqueles "mantidos" nas ligações C-H e C-C (Herreros & Garcia-Sancho, 1981). Uma ionização não é uma oxidação nem uma redução (ver Atkinson, 1981) e também não é uma hidratação. Adicionar água a (digamos) uma ligação dupla não tornar o composto ainda mais oxidado ou reduzido. No que diz respeito ao oxigênio e aos elétrons, e para generalizar do ponto de vista biológico, o que é tem, vale - exceto na fotossíntese.

Como você deve ter adivinhado, a divisão da água no ciclo do TCA é uma reclamação minha. Obrigado pela oportunidade de veicular meus pontos de vista!

Editar 3

Encontrei este ao pesquisar no Google (Brière et al, 2006). Em uma revisão convidada para o American Journal of Physiology (Cell Physiology)!

Finalmente, o ciclo do TCA também deve ser considerado como um processo de separação da água, gerando oxigênio para a oxidação da acetil-CoA [eles citam Wieser]

Portanto, agora o ciclo do TCA está produzindo oxigênio da água. As maravilhas nunca cessarão!

(edição final)

(fim do discurso)

Editar 2

Como rwst e Alan Boyd chamaram a atenção, a concentração de oxigênio dissolvido na água é muito importante e varia com (por exemplo) a temperatura.

Em tampão saturado de ar em 25oC a concentração de oxigênio (O2 moléculas) é cerca de 0,24 mM (0,24 μmoles / ml, ou cerca de 0,474 μg-átomos de oxigênio por ml). [Chappell (1964)]. Este número diminui com o aumento da temperatura.

Ótima pergunta, BTW.

Referências

(Desculpas pelo referências incompletas de Atkinson e Herreros & Garcia-Sancho. Tenho uma fotocópia desses papéis, mas não consegui rastrear a fonte completa. Ambos estão na seção 'Cartas ao Editor' da edição de fevereiro de 1981 de Tendências em Ciências Bioquímicas. Eles não parecem estar no Pubmed ou em qualquer outro lugar on-line. Alguém já viu essas referências citadas, ou pode me fornecer uma fonte completa?. Vou atualizar se eu encontrar alguma coisa)

  • Atkinson, D.E. (1981) TCA Cycle Confusion. Tendências em Ciências Bioquímicas (Edição de fevereiro de 1981; referência completa a seguir)

  • Banfalvi, G. (1991) Conversion of Oxidative Energy to Reductive Power in the Citrate Cycle. Educação Bioquímica, 19, 24-26 [veja aqui] (pdf aparentemente gratuito para todos)

  • Brière, J.J., Favier, J, Gimenez-Roqueplo, A.P. & Rustin, P (2006) Disfunção do ciclo do ácido tricarboxílico como causa de doenças humanas e formação de tumor. Am J Physiol Cell Physiol, 291, C1114-20. [Pubmed] [pdf]

  • Chappell (1964) The oxidation of citrate, isocitrate and cis-aconitate by isolated mitochondria. Biochem J., 90, 225-237. [Pubmed] [pdf]

  • Herreros, B. & Garcia-Sancho, J. (1981) TCA Cycle Confusion. Tendências em Ciências Bioquímicas (Edição de fevereiro de 1981; referência completa a seguir)

  • Madeira, V.M.C. (1988) Stoichiometry of Reducing Equivalents and Splitting of Water in the Citric Acid Cycle. Educação Bioquímica 16, 94-96 [pdf] (aparentemente gratuito para todos).

  • Mego, J.L. (1986) The Role of Water in Glycolysis Educação Bioquímica, 14, 130 - 131. (veja aqui)

  • Racker, E. (1976) A New Look at Mechanisms in Bioenergetics. Academic Press, New York.

  • Wieser (1980) Textbook Errrors: The split of water by the tricarboxylic acid cycle. Erro ou omissão do livro didático? Tendências em Ciências Bioquímicas, 5 (Edição 11), 284. [veja aqui]. [pdf], aparentemente gratuito para todos.

Editar 4

Não consegui localizar a referência exata para o incompleto Atkinson e Herreros & Garcia-Sancho referências citadas acima, mas, em resposta a esta grande questão, coloquei uma cópia de uma versão digitalizada muito ruim aqui

Outra grande referência a esta controvérsia que eu deveria ter citado é a seguinte:

  • Losada, Manuel. (1978) Energy-Transducing Redox Systems and the Mechanism of Oxidative Phosphorylation. Bioeletroquímica e Bioenergética, 5, 296-310 [Science Direct].

A seguir está a seção relevante, para quem não tem acesso:

Uma versão mais completa da referência Racker citada acima por Losada (1978):

No entanto, o piruvato tem apenas 4 hidrogênios para doar a 2 oxigênios e com uma razão P: O de 3 deve, portanto, produzir apenas 6 moléculas de ATP (Tabela 1.2). De onde estão vindo os outros 6 hidrogênios para que 15 ATP possam ser formados? A resposta a essa pergunta nos dá o que penso ser a chave do quebra-cabeça de por que a natureza projetou o complexo esquema acrobático do ciclo de Krebs. Acredito que seu principal objetivo seja aumentar a produção de energia catalisando a clivagem da água.

Existem três etapas nas quais a água entra no ciclo de Krebs. - um na transformação de fumarato em malato e os outros dois um tanto mais indiretamente durante a utilização de acetil-CoA e succinil-CoA. No curso do ciclo de Krebs, os hidrogênios dessas moléculas de água são separados do oxigênio e doados para DPN ou para uma flavoproteína (por exemplo, succinato desidrogenase) e, em seguida, transportados através da cadeia de oxidação da mitocôndria como elétrons e prótons, como discutiremos mais tarde .

[Racker, E. (1976). A New Look at Mechanisms of Bioenergetics, pp 5-6, Academic Press].

IMO, a última frase desta citação é um lixo completo. (Para DPN, leia NAD. DPN, ou difospo-piridina-nucleotídeo (ou algo próximo), é um nome antigo para NAD)


Nenhum grupo de peixes conquistou o mar mais do que os teleósteos. Eles são os mais avançados de todos os peixes e são dominantes nos habitats marinhos e de água doce. Uma incrível diversidade de teleósteos é encontrada em todo o mundo.

A vida em um rio nem sempre é fácil, mas os peixes do rio prosperam nas condições de fluxo livre dos rios devido a algumas adaptações importantes.

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Absorção de Luz

A energia da luz entra no processo de fotossíntese quando os pigmentos absorvem a luz. Nas plantas, as moléculas de pigmento absorvem apenas a luz visível para a fotossíntese. A luz visível vista pelos humanos como luz branca realmente existe em um arco-íris de cores. Certos objetos, como um prisma ou uma gota d'água, dispersam a luz branca para revelar essas cores ao olho humano. A porção de luz visível do espectro eletromagnético é percebida pelo olho humano como um arco-íris de cores, com o violeta e o azul tendo comprimentos de onda mais curtos e, portanto, energia mais alta. Na outra extremidade do espectro em direção ao vermelho, os comprimentos de onda são mais longos e têm menor energia.


Nova maneira de dividir água em hidrogênio e oxigênio desenvolvida

O projeto de sistemas eficientes para dividir água em hidrogênio e oxigênio, impulsionados pela luz solar, está entre os desafios mais importantes que a ciência enfrenta hoje, sustentando o potencial de longo prazo do hidrogênio como combustível limpo e sustentável. Mas os sistemas feitos pelo homem que existem hoje são muito ineficientes e muitas vezes requerem o uso adicional de agentes químicos sacrificiais. Nesse contexto, é importante estabelecer novos mecanismos pelos quais a divisão da água possa ocorrer.

Agora, uma abordagem única desenvolvida pelo Prof. David Milstein e colegas do Departamento de Química Orgânica do Weizmann Institute & rsquos fornece etapas importantes para superar esse desafio. Durante este trabalho, a equipe demonstrou um novo modo de geração de ligações entre os átomos de oxigênio e até mesmo definiu o mecanismo pelo qual isso ocorre. Na verdade, é a geração de gás oxigênio pela formação de uma ligação entre dois átomos de oxigênio originados de moléculas de água que se mostra o gargalo no processo de separação da água. Seus resultados foram publicados recentemente em Ciência.

A natureza, ao tomar um caminho diferente, desenvolveu um processo muito eficiente: fotossíntese e ndash realizada pelas plantas e ndash a fonte de todo o oxigênio na Terra. Embora tenha havido um progresso significativo no entendimento da fotossíntese, como esse sistema funciona ainda não está claro, vastos esforços em todo o mundo têm sido dedicados ao desenvolvimento de sistemas fotossintéticos artificiais baseados em complexos metálicos que servem como catalisadores, com pouco sucesso. (Um catalisador é uma substância capaz de aumentar a taxa de uma reação química sem se esgotar.)

A nova abordagem que a equipe de Weizmann desenvolveu recentemente é dividida em uma sequência de reações, que leva à liberação de hidrogênio e oxigênio em etapas consecutivas de energia e calor, mediadas por um ingrediente único e um complexo de metal especial que Milstein e rsquos equipe desenhado em estudos anteriores. Além disso, aquele que eles projetaram & ndash um complexo metálico do elemento rutênio & ndash é um complexo & lsquosmart & rsquo no qual o centro de metal e a parte orgânica ligada a ele cooperam na clivagem da molécula de água.

A equipe descobriu que, ao misturar este complexo com água, as ligações entre os átomos de hidrogênio e oxigênio se rompem, com um átomo de hidrogênio terminando se ligando à sua parte orgânica, enquanto os átomos restantes de hidrogênio e oxigênio (grupo OH) se ligam ao seu centro metálico.

Esta versão modificada do complexo fornece a base para o próximo estágio do processo: o estágio de & lsquoheat. & Rsquo Quando a solução de água é aquecida a 100 graus C, o gás hidrogênio é liberado do complexo & ndash uma fonte potencial de combustível limpo & ndash e outro O grupo OH é adicionado ao centro do metal.

& lsquoMas a parte mais interessante é o terceiro estágio & lsquolight & rsquo & rsquo diz Milstein. & lsquoQuando expusemos este terceiro complexo à luz em temperatura ambiente, não apenas o gás oxigênio foi produzido, mas o complexo de metal também voltou ao seu estado original, que poderia ser reciclado para uso em reações posteriores. & rsquo

Esses resultados são ainda mais notáveis ​​considerando que a geração de uma ligação entre dois átomos de oxigênio promovida por um complexo de metal feito pelo homem é um evento muito raro, e não está claro como isso pode ocorrer. Mesmo assim, Milstein e sua equipe também conseguiram identificar um mecanismo sem precedentes para tal processo. Experimentos adicionais indicaram que, durante o terceiro estágio, a luz fornece a energia necessária para fazer com que os dois grupos OH se juntem para formar o peróxido de hidrogênio (H2O2), que rapidamente se divide em oxigênio e água. “Como o peróxido de hidrogênio é considerado uma molécula relativamente instável, os cientistas sempre desconsideraram essa etapa, considerando-a implausível, mas mostramos o contrário”, diz Milstein. Além disso, a equipe forneceu evidências mostrando que a ligação entre os dois átomos de oxigênio é gerada dentro de uma única molécula & ndash não entre átomos de oxigênio que residem em moléculas separadas, como comumente se acredita & ndash e vem de um único centro de metal.

A descoberta de um catalisador artificial eficiente para a divisão da água em oxigênio e hidrogênio, impulsionada pela luz solar, é um dos principais objetivos da pesquisa de energia limpa renovável. Até o momento, a equipe de Milstein e rsquos demonstrou um mecanismo para a formação de hidrogênio e oxigênio a partir da água, sem a necessidade de agentes químicos sacrificiais, por meio de etapas individuais, utilizando luz. Para o próximo estudo, eles planejam combinar essas etapas para criar um sistema catalítico eficiente, trazendo aqueles na área de energia alternativa um passo importante mais perto de realizar esse objetivo.

Participaram da pesquisa o ex-aluno de pós-doutorado Stephan Kohl, Ph.D. o estudante Leonid Schwartsburd e o técnico Yehoshoa Ben-David, todos do Departamento de Química Orgânica, junto com os cientistas Lev Weiner, Leonid Konstantinovski, Linda Shimon e Mark Iron do Departamento de Apoio à Pesquisa Química.

A pesquisa do Prof. David Milstein e rsquos é apoiada pelo Mary e Tom Beck-Canadian Centre for Alternative Energy Research e Helen e Martin Kimmel Centre for Molecular Design. O Prof. Milstein é o titular da Cadeira Professorial de Química Orgânica Israel Matz.

Fonte da história:

Materiais fornecidos por Instituto de Ciência Weizmann. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


Como funcionam as reações dependentes de luz

O objetivo geral das reações dependentes de luz é converter a energia da luz em energia química. Essa energia química será usada pelo ciclo de Calvin para alimentar a montagem das moléculas de açúcar.

As reações dependentes de luz começam em um agrupamento de moléculas de pigmento e proteínas chamadas fotossistema. Existem fotossistemas nas membranas dos tilacóides. Uma molécula de pigmento no fotossistema absorve um fóton, uma quantidade ou & ldquopacket & rdquo de energia de luz, por vez.

Um fóton de energia luminosa viaja até atingir uma molécula de clorofila. O fóton faz com que um elétron na clorofila se torne "excitado". A energia fornecida ao elétron permite que ele se liberte de um átomo da molécula de clorofila. Portanto, diz-se que a clorofila & ldquodona & rdquo um elétron (Figura 5.2.5).

Para substituir o elétron na clorofila, uma molécula de água é dividida. Esta divisão libera um elétron e resulta na formação de oxigênio (O2) e íons de hidrogênio (H +) no espaço tilacóide. Tecnicamente, cada quebra de uma molécula de água libera um par de elétrons e, portanto, pode substituir dois elétrons doados.

Figura 5.2.5: A energia da luz é absorvida por uma molécula de clorofila e é passada por um caminho para outras moléculas de clorofila. A energia culmina em uma molécula de clorofila encontrada no centro de reação. A energia "excita" um de seus elétrons o suficiente para deixar a molécula e ser transferida para um aceptor primário de elétrons próximo. Uma molécula de água se divide para liberar um elétron, necessário para substituir o doado. Os íons de oxigênio e hidrogênio também são formados a partir da divisão da água.

A substituição do elétron permite que a clorofila responda a outro fóton. As moléculas de oxigênio produzidas como subprodutos encontram seu caminho para o ambiente circundante. Os íons de hidrogênio desempenham papéis críticos no restante das reações dependentes de luz.

Lembre-se de que o propósito das reações dependentes de luz é converter a energia solar em transportadores químicos que serão usados ​​no ciclo de Calvin. Em eucariotos e alguns procariontes, existem dois fotossistemas. O primeiro é chamado de fotossistema II, que foi nomeado mais pela ordem de sua descoberta do que pela ordem da função.

Depois que o fóton atinge, o fotossistema II transfere o elétron livre para o primeiro de uma série de proteínas dentro da membrana do tilacóide chamada de cadeia de transporte de elétrons. Conforme o elétron passa ao longo dessas proteínas, a energia do elétron abastece bombas de membrana que movem ativamente os íons de hidrogênio contra seu gradiente de concentração do estroma para o espaço do tilacóide. Isso é bastante análogo ao processo que ocorre na mitocôndria, no qual uma cadeia de transporte de elétrons bombeia íons de hidrogênio do estroma mitocondrial através da membrana interna e para o espaço intermembrana, criando um gradiente eletroquímico. Depois que a energia é usada, o elétron é aceito por uma molécula de pigmento no próximo fotossistema, que é chamado de fotossistema I (Figura 5.2.6).

Figura 5.2.6: Do fotossistema II, o elétron viaja ao longo de uma série de proteínas. Este sistema de transporte de elétrons usa a energia do elétron para bombear íons de hidrogênio para o interior do tilacóide. Uma molécula de pigmento no fotossistema I aceita o elétron.


/> Gerenciamento da planta em águas da Flórida

O oxigênio é um elemento natural sem o qual nenhum animal pode viver. Peixes e outros animais aquáticos dependem do gás oxigênio dissolvido na água tanto quanto as pessoas dependem do gás oxigênio do ar.

Muitas pessoas ficam surpresas ao saber que peixes e outros organismos aquáticos não usam o oxigênio das moléculas de água (H2O). Isso ocorre porque a única molécula de oxigênio (O) está ligada às duas moléculas de hidrogênio (H2) e não pode ser usada nesta forma. Em vez disso, os organismos aquáticos dependem do gás oxigênio dissolvido (O2), uma substância incolor, insípida e inodora que entra na água das plantas e da atmosfera.

Oxigênio das Plantas

Usando dióxido de carbono, água e energia luminosa, as plantas (aquáticas e terrestres) geram novas células e reparam as danificadas, usando um processo conhecido como fotossíntese. O gás oxigênio dissolvido é liberado como um subproduto.

Em ambientes aquáticos, plantas microscópicas de flutuação livre conhecidas como algas e plantas submersas maiores (macrófitas) liberam oxigênio diretamente na água, onde é usado por animais e outros organismos, incluindo as próprias plantas.

Plantas Oxigenantes

Embora todas as plantas produzam oxigênio, algumas produzem mais do que outras. No ambiente aquático, várias espécies de plantas aquáticas possuem capacidades de oxigenação.

Várias espécies são especialmente populares entre os entusiastas de aquários e lagos.

  • Bacopa caroliniana (bacopa)
  • Cabomba caroliniana (cabomba ou fanwort)
  • Ceratophyllum demersum (coontail)
  • Juncus Repens (pressa)
  • Najas guadalupensis (náiade do sul)
  • Nymphoides aquatica (lírio de banana)
  • Potamogeton diversifolius (waterthread pondweed)
  • Vallisneria americana (grama de fita ou grama de enguia)

Infelizmente, alguns deles não são nativos e podem se tornar invasivos na Flórida.

  • Hydrilla verticillata (hydrilla)
  • Myriophyllum aquaticum (pena de papagaio)
  • Nymphoides cristata (floco de neve de água branca)
  • Nymphoides peltata (coração flutuante amarelo)

Oxigênio da atmosfera

Além do oxigênio gerado pelas plantas, a pressão atmosférica da Terra está constantemente empurrando pequenas moléculas de gás oxigênio dissolvido para as águas superficiais de nossos lagos, lagoas, oceanos e piscinas - até mesmo o copo d'água na bancada da cozinha. O processo é conhecido como difusão. Conforme o gás oxigênio é empurrado para a água, o excesso de oxigênio da água é simultaneamente liberado no ar. A ação do vento e das ondas ou aeradores mecânicos aceleram a difusão, criando mais área de superfície para o oxigênio entrar na água.

A capacidade única da água de reter e liberar oxigênio torna possível que peixes e outros animais respirem (respirem) debaixo d'água. No entanto, as concentrações de oxigênio em ambientes aquáticos raramente são estáveis. Quando o sol está brilhando e as plantas aquáticas (incluindo algas) estão fotossintetizando em plena capacidade, o oxigênio é abundante. No entanto, depois que o sol se põe, a atividade fotossintética e, portanto, a concentração de oxigênio são bastante reduzidas. Normalmente, há um tampão de oxigênio dissolvido na água para durar até a manhã, quando o processo começa novamente. No entanto, se algo alterar o padrão, o oxigênio pode se esgotar.

Tempo e esgotamento de oxigênio

Níveis de oxigênio em fluxo ao longo do dia

As fortes chuvas podem levar a matéria orgânica (folhas, galhos e gramíneas) para um corpo d'água e causar uma reação em cadeia que consome o oxigênio rapidamente. Uma vez que os detritos são levados para a água, bilhões de microorganismos (incluindo bactérias e zooplâncton) começam a decompor a vegetação. Se uma grande quantidade de matéria orgânica for introduzida de uma só vez, o aumento da atividade dos microrganismos pode acelerar o consumo de oxigênio. Substâncias dissolvidas da vegetação em decomposição no lago (ou de pântanos ao redor do lago) também podem lixiviar para a água após uma chuva forte e ter um efeito semelhante ao de resíduos de confinamentos de animais ou águas residuais de fossas sépticas. Para obter mais informações sobre os efeitos da cor e das substâncias dissolvidas na água, consulte Florida LAKEWATCH Circular 108, Um Guia para Iniciantes em Gerenciamento de Água - Cores.

Às vezes, pode haver um excesso de oxigênio dissolvido e outras vezes, pode cair perigosamente baixo - tão baixo que peixes e outros organismos ficarão estressados, doentes ou até mesmo morrerão (por exemplo, uma morte de peixe). Nos lagos de água quente da Flórida, os problemas relacionados ao oxigênio estão entre as causas mais comuns de morte de peixes. Embora perturbador para as pessoas, a maioria das mortes de peixes é o resultado de processos que ocorrem naturalmente. Para uma saúde ideal, peixes de água quente - (os da Flórida) geralmente requerem concentrações de oxigênio dissolvido de cinco partes por milhão (5 ppm). Embora essa quantidade de oxigênio esteja disponível na maioria dos corpos d'água, ela nunca é constante. Os peixes geralmente morrem em concentrações de oxigênio de 2 mg / L ou menos. Para obter mais informações, consulte Oxigênio dissolvido para produção de peixes por Ruth Francis-Floyd.


Água é um excelente solvente

Como a água é polar, com leves cargas positivas e negativas, os compostos iônicos e as moléculas polares podem se dissolver facilmente nela. Água é, portanto, o que se chama de solvente - uma substância capaz de dissolver outra substância. As partículas carregadas formarão ligações de hidrogênio com uma camada circundante de moléculas de água. Isso é chamado de esfera de hidratação e serve para manter as partículas separadas ou dispersas na água. No caso do sal de cozinha (NaCl) misturado em água ([Figura 3]), os íons sódio e cloreto se separam, ou se dissociam, na água, e esferas de hidratação são formadas ao redor dos íons. Um íon de sódio carregado positivamente é cercado por cargas parcialmente negativas de átomos de oxigênio nas moléculas de água. Um íon cloreto carregado negativamente é cercado por cargas parcialmente positivas de átomos de hidrogênio nas moléculas de água. Essas esferas de hidratação também são chamadas de conchas de hidratação. A polaridade da molécula de água a torna um solvente eficaz e é importante em suas muitas funções nos sistemas vivos.

Figura 3: Quando o sal de cozinha (NaCl) é misturado à água, esferas de hidratação se formam ao redor dos íons.


Conteúdo

A maioria dos peixes troca gases usando guelras de cada lado da faringe (garganta). As brânquias são tecidos que consistem em estruturas filamentosas chamadas filamentos. Esses filamentos têm muitas funções e "estão envolvidos na transferência de íons e água, bem como na troca de oxigênio, dióxido de carbono, ácido e amônia. [3] [4] Cada filamento contém uma rede capilar que fornece uma grande área de superfície para a troca de oxigênio e carbono. dióxido. Os peixes trocam gases puxando água rica em oxigênio pela boca e bombeando-a sobre as guelras. Em alguns peixes, o sangue capilar flui na direção oposta à água, causando trocas contracorrentes. As guelras empurram a água pobre em oxigênio para fora. aberturas nas laterais da faringe.

Peixes de vários grupos podem viver fora da água por longos períodos de tempo. Peixes anfíbios como o mudskipper podem viver e se mover em terra por vários dias, ou viver em águas estagnadas ou com pouco oxigênio. Muitos desses peixes podem respirar o ar por meio de uma variedade de mecanismos. A pele das enguias anguilídeos pode absorver oxigênio diretamente. A cavidade bucal da enguia elétrica pode respirar ar. Os bagres das famílias Loricariidae, Callichthyidae e Scoloplacidae absorvem o ar através de seus tratos digestivos. [5] Lungfish, com exceção do lungfish australiano, e bichirs têm pulmões emparelhados semelhantes aos dos tetrápodes e devem emergir para engolir ar fresco pela boca e expelir o ar exausto pelas guelras. Gar e bowfin têm uma bexiga natatória vascularizada que funciona da mesma maneira. Botias, trairas e muitos bagres respiram passando o ar pelo intestino. Mudskippers respiram absorvendo oxigênio pela pele (semelhante às rãs). Vários peixes desenvolveram os chamados órgãos de respiração acessórios que extraem oxigênio do ar. Os peixes labirinto (como gouramis e bettas) têm um órgão labirinto acima das guelras que desempenha essa função. Alguns outros peixes têm estruturas semelhantes a órgãos de labirinto em forma e função, principalmente cabeças de cobra, pontas de pique e a família dos bagres Clariidae.

O ar respirável é principalmente útil para peixes que habitam águas rasas e sazonalmente variáveis, onde a concentração de oxigênio da água pode diminuir sazonalmente. Os peixes que dependem exclusivamente do oxigênio dissolvido, como a perca e os ciclídeos, sufocam rapidamente, enquanto os que respiram sobrevivem por muito mais tempo, em alguns casos em água que é pouco mais do que lama úmida. No mais extremo, alguns peixes que respiram ar conseguem sobreviver em tocas úmidas por semanas sem água, entrando em um estado de estivação (hibernação de verão) até que a água retorne.

Peixes que respiram ar podem ser divididos em obrigar respiradores de ar e facultativo respiradores de ar. Obrigam os respiradores de ar, como os peixes pulmonados africanos, são obrigados a respirar ar periodicamente ou sufocam. Respiradores de ar facultativos, como o bagre Hypostomus plecostomus, apenas respire o ar se for necessário e, caso contrário, pode contar com o oxigênio de suas guelras. A maioria dos peixes que respiram ar são respiradores facultativos que evitam o custo energético de subir à superfície e o custo de adequação da exposição aos predadores da superfície. [5]

Todos os vertebrados basais respiram com guelras. As brânquias são transportadas logo atrás da cabeça, contornando as margens posteriores de uma série de aberturas do esôfago para o exterior. Cada brânquia é sustentada por um arco branquial cartilaginoso ou ósseo. [9] As brânquias dos vertebrados geralmente se desenvolvem nas paredes da faringe, ao longo de uma série de fendas branquiais que se abrem para o exterior. A maioria das espécies emprega um sistema de troca de contracorrente para aumentar a difusão de substâncias dentro e fora da guelra, com sangue e água fluindo em direções opostas, o que aumenta a eficiência de absorção de oxigênio da água. [6] [7] [8] Água fresca oxigenada absorvida pela boca é ininterruptamente "bombeada" pelas brânquias em uma direção, enquanto o sangue nas lamelas flui na direção oposta, criando o fluxo contracorrente de sangue e água, em qual a sobrevivência do peixe depende. [8]

As brânquias são compostas por filamentos semelhantes a um pente, as lamelas branquiais, que ajudam a aumentar sua área de superfície para a troca de oxigênio. [10] Quando um peixe respira, ele aspira água em intervalos regulares. Em seguida, ele junta os lados da garganta, forçando a água através das aberturas das guelras, de modo que passe por cima das guelras para o exterior. Os peixes ósseos têm três pares de arcos, os peixes cartilaginosos têm de cinco a sete pares, enquanto os peixes primitivos sem mandíbula têm sete. O ancestral vertebrado sem dúvida tinha mais arcos, já que alguns de seus parentes cordados têm mais de 50 pares de guelras. [11]

Os vertebrados superiores não desenvolvem brânquias, os arcos branquiais se formam durante o desenvolvimento fetal e estabelecem a base de estruturas essenciais, como mandíbulas, glândula tireóide, laringe, columela (correspondendo ao estribo em mamíferos) e em mamíferos o martelo e bigorna. [11] As fendas das guelras dos peixes podem ser os ancestrais evolutivos das amígdalas, glândula timo e trompas de Eustáquio, bem como muitas outras estruturas derivadas das bolsas branquiais embrionárias. [ citação necessária ]

Os cientistas investigaram que parte do corpo é responsável pela manutenção do ritmo respiratório. Eles descobriram que os neurônios localizados no tronco cerebral dos peixes são responsáveis ​​pela gênese do ritmo respiratório. [12] A posição desses neurônios é ligeiramente diferente dos centros de gênese respiratória em mamíferos, mas eles estão localizados no mesmo compartimento cerebral, o que tem causado debates sobre a homologia dos centros respiratórios entre as espécies aquáticas e terrestres. Tanto na respiração aquática quanto na terrestre, os mecanismos exatos pelos quais os neurônios podem gerar esse ritmo involuntário ainda não são completamente compreendidos (consulte Controle involuntário da respiração).

Outra característica importante do ritmo respiratório é que ele é modulado para se adaptar ao consumo de oxigênio do corpo. Como observado em mamíferos, os peixes "respiram" mais rápido e mais pesado quando fazem exercícios físicos. Os mecanismos pelos quais essas mudanças ocorrem têm sido fortemente debatidos por mais de 100 anos entre os cientistas. [13] Os autores podem ser classificados em 2 escolas:

  1. Aqueles que pensam que a maior parte das alterações respiratórias são pré-programadas no cérebro, o que implicaria que os neurônios dos centros de locomoção do cérebro se conectassem aos centros respiratórios em antecipação aos movimentos.
  2. Aqueles que pensam que a maior parte das alterações respiratórias resulta da detecção da contração muscular, e que a respiração se adapta em decorrência da contração muscular e do consumo de oxigênio. Isso implicaria que o cérebro possui algum tipo de mecanismo de detecção que desencadearia uma resposta respiratória quando ocorre uma contração muscular.

Muitos agora concordam que ambos os mecanismos estão provavelmente presentes e complementares, ou trabalhando em conjunto com um mecanismo que pode detectar mudanças na saturação sanguínea de oxigênio e / ou dióxido de carbono.

Peixe ósseo Editar

Em peixes ósseos, as guelras ficam em uma câmara branquial coberta por um opérculo ósseo. A grande maioria das espécies de peixes ósseos tem cinco pares de guelras, embora algumas tenham perdido algumas ao longo da evolução. O opérculo pode ser importante no ajuste da pressão da água dentro da faringe para permitir a ventilação adequada das guelras, de modo que os peixes ósseos não precisem depender da ventilação do aríete (e, portanto, do movimento constante) para respirar. As válvulas dentro da boca evitam que a água escape. [11]

Os arcos branquiais dos peixes ósseos geralmente não têm septo, de modo que somente as brânquias se projetam do arco, sustentadas por raios branquiais individuais. Algumas espécies retêm rakers brânquias. Embora todos os peixes ósseos, exceto os mais primitivos, não tenham um espiráculo, o pseudobrânquio associado a ele freqüentemente permanece, estando localizado na base do opérculo. No entanto, esta é muitas vezes bastante reduzida, consistindo em uma pequena massa de células sem qualquer estrutura remanescente semelhante a uma guelra. [11]

Os teleósteos marinhos também usam guelras para excretar eletrólitos. A grande superfície das guelras tende a criar um problema para os peixes que buscam regular a osmolaridade de seus fluidos internos. A água salgada é menos diluída do que esses fluidos internos, então os peixes de água salgada perdem grandes quantidades de água osmoticamente através de suas guelras. Para recuperar a água, eles bebem grandes quantidades de água do mar e excretam o sal. A água doce é mais diluída do que os fluidos internos dos peixes, portanto, os peixes de água doce ganham água osmoticamente através de suas guelras. [11]

Em alguns peixes ósseos e anfíbios primitivos, as larvas apresentam guelras externas, ramificando-se a partir dos arcos branquiais. [14] These are reduced in adulthood, their function taken over by the gills proper in fishes and by lungs in most amphibians. Some amphibians retain the external larval gills in adulthood, the complex internal gill system as seen in fish apparently being irrevocably lost very early in the evolution of tetrapods. [15]

Cartilaginous fish Edit

Like other fish, sharks extract oxygen from seawater as it passes over their gills. Unlike other fish, shark gill slits are not covered, but lie in a row behind the head. A modified slit called a spiracle lies just behind the eye, which assists the shark with taking in water during respiration and plays a major role in bottom–dwelling sharks. Spiracles are reduced or missing in active pelagic sharks. [16] While the shark is moving, water passes through the mouth and over the gills in a process known as "ram ventilation". While at rest, most sharks pump water over their gills to ensure a constant supply of oxygenated water. A small number of species have lost the ability to pump water through their gills and must swim without rest. These species are obligate ram ventilators and would presumably asphyxiate if unable to move. Obligate ram ventilation is also true of some pelagic bony fish species. [17]

The respiration and circulation process begins when deoxygenated blood travels to the shark's two-chambered heart. Here the shark pumps blood to its gills via the ventral aorta artery where it branches into afferent brachial arteries. Reoxygenation takes place in the gills and the reoxygenated blood flows into the efferent brachial arteries, which come together to form the dorsal aorta. The blood flows from the dorsal aorta throughout the body. The deoxygenated blood from the body then flows through the posterior cardinal veins and enters the posterior cardinal sinuses. From there blood enters the heart ventricle and the cycle repeats. [18]

Sharks and rays typically have five pairs of gill slits that open directly to the outside of the body, though some more primitive sharks have six or seven pairs. Adjacent slits are separated by a cartilaginous gill arch from which projects a long sheet-like septum, partly supported by a further piece of cartilage called the gill ray. The individual lamellae of the gills lie on either side of the septum. The base of the arch may also support gill rakers, small projecting elements that help to filter food from the water. [11]

A smaller opening, the spiracle, lies in the back of the first gill slit. This bears a small pseudobranch that resembles a gill in structure, but only receives blood already oxygenated by the true gills. [11] The spiracle is thought to be homologous to the ear opening in higher vertebrates. [19]

Most sharks rely on ram ventilation, forcing water into the mouth and over the gills by rapidly swimming forward. In slow-moving or bottom dwelling species, especially among skates and rays, the spiracle may be enlarged, and the fish breathes by sucking water through this opening, instead of through the mouth. [11]

Chimaeras differ from other cartilagenous fish, having lost both the spiracle and the fifth gill slit. The remaining slits are covered by an operculum, developed from the septum of the gill arch in front of the first gill. [11]

Lampreys and hagfish Edit

Lampreys and hagfish do not have gill slits as such. Instead, the gills are contained in spherical pouches, with a circular opening to the outside. Like the gill slits of higher fish, each pouch contains two gills. In some cases, the openings may be fused together, effectively forming an operculum. Lampreys have seven pairs of pouches, while hagfishes may have six to fourteen, depending on the species. In the hagfish, the pouches connect with the pharynx internally. In adult lampreys, a separate respiratory tube develops beneath the pharynx proper, separating food and water from respiration by closing a valve at its anterior end. [11]

The circulatory systems of all vertebrates are fechado, just as in humans. Still, the systems of fish, amphibians, reptiles, and birds show various stages of the evolution of the circulatory system. In fish, the system has only one circuit, with the blood being pumped through the capillaries of the gills and on to the capillaries of the body tissues. Isso é conhecido como single cycle circulation. The heart of fish is therefore only a single pump (consisting of two chambers). Fish have a closed-loop circulatory system. The heart pumps the blood in a single loop throughout the body. In most fish, the heart consists of four parts, including two chambers and an entrance and exit. [20] The first part is the sinus venosus, a thin-walled sac that collects blood from the fish's veins before allowing it to flow to the second part, the atrium, which is a large muscular chamber. The atrium serves as a one-way antechamber, sends blood to the third part, ventricle. The ventricle is another thick-walled, muscular chamber and it pumps the blood, first to the fourth part, bulbus arteriosus, a large tube, and then out of the heart. The bulbus arteriosus connects to the aorta, through which blood flows to the gills for oxygenation.

In amphibians and most reptiles, a double circulatory system is used, but the heart is not always completely separated into two pumps. Amphibians have a three-chambered heart.

Jaws allow fish to eat a wide variety of food, including plants and other organisms. Fish ingest food through the mouth and break it down in the esophagus. In the stomach, food is further digested and, in many fish, processed in finger-shaped pouches called pyloric caeca, which secrete digestive enzymes and absorb nutrients. Organs such as the liver and pancreas add enzymes and various chemicals as the food moves through the digestive tract. The intestine completes the process of digestion and nutrient absorption.

In most vertebrates, digestion is a four-stage process involving the main structures of the digestive tract, starting with ingestion, placing food into the mouth, and concluding with the excretion of undigested material through the anus. From the mouth, the food moves to the stomach, where as bolus it is broken down chemically. It then moves to the intestine, where the process of breaking the food down into simple molecules continues and the results are absorbed as nutrients into the circulatory and lymphatic system.

Although the precise shape and size of the stomach varies widely among different vertebrates, the relative positions of the oesophageal and duodenal openings remain relatively constant. As a result, the organ always curves somewhat to the left before curving back to meet the pyloric sphincter. However, lampreys, hagfishes, chimaeras, lungfishes, and some teleost fish have no stomach at all, with the oesophagus opening directly into the intestine. These animals all consume diets that either require little storage of food, or no pre-digestion with gastric juices, or both. [11]

The small intestine is the part of the digestive tract following the stomach and followed by the large intestine, and is where much of the digestion and absorption of food takes place. In fish, the divisions of the small intestine are not clear, and the terms anterior ou proximal intestine may be used instead of duodenum. [21] The small intestine is found in all teleosts, although its form and length vary enormously between species. In teleosts, it is relatively short, typically around one and a half times the length of the fish's body. It commonly has a number of pyloric caeca, small pouch-like structures along its length that help to increase the overall surface area of the organ for digesting food. There is no ileocaecal valve in teleosts, with the boundary between the small intestine and the rectum being marked only by the end of the digestive epithelium. [11]

There is no small intestine as such in non-teleost fish, such as sharks, sturgeons, and lungfish. Instead, the digestive part of the gut forms a spiral intestine, connecting the stomach to the rectum. In this type of gut, the intestine itself is relatively straight, but has a long fold running along the inner surface in a spiral fashion, sometimes for dozens of turns. This valve greatly increases both the surface area and the effective length of the intestine. The lining of the spiral intestine is similar to that of the small intestine in teleosts and non-mammalian tetrapods. [11] In lampreys, the spiral valve is extremely small, possibly because their diet requires little digestion. Hagfish have no spiral valve at all, with digestion occurring for almost the entire length of the intestine, which is not subdivided into different regions. [11]

The large intestine is the last part of the digestive system normally found in vertebrate animals. Its function is to absorb water from the remaining indigestible food matter, and then to pass useless waste material from the body. [22] In fish, there is no true large intestine, but simply a short rectum connecting the end of the digestive part of the gut to the cloaca. In sharks, this includes a rectal gland that secretes salt to help the animal maintain osmotic balance with the seawater. The gland somewhat resembles a caecum in structure, but is not a homologous structure. [11]

As with many aquatic animals, most fish release their nitrogenous wastes as ammonia. Some of the wastes diffuse through the gills. Blood wastes are filtered by the kidneys.

Saltwater fish tend to lose water because of osmosis. Their kidneys return water to the body. The reverse happens in freshwater fish: they tend to gain water osmotically. Their kidneys produce dilute urine for excretion. Some fish have specially adapted kidneys that vary in function, allowing them to move from freshwater to saltwater.

In sharks, digestion can take a long time. The food moves from the mouth to a J-shaped stomach, where it is stored and initial digestion occurs. [23] Unwanted items may never get past the stomach, and instead the shark either vomits or turns its stomachs inside out and ejects unwanted items from its mouth. One of the biggest differences between the digestive systems of sharks and mammals is that sharks have much shorter intestines. This short length is achieved by the spiral valve with multiple turns within a single short section instead of a long tube-like intestine. The valve provides a long surface area, requiring food to circulate inside the short gut until fully digested, when remaining waste products pass into the cloaca. [23]

Regulation of social behaviour Edit

Oxytocin is a group of neuropeptides found in most vertebrate. One form of oxytocin functions as a hormone which is associated with human love. In 2012, researchers injected cichlids from the social species Neolamprologus Pulcher, either with this form of isotocin or with a control saline solution. They found isotocin increased "responsiveness to social information", which suggests "it is a key regulator of social behavior that has evolved and endured since ancient times". [24] [25]

Effects of pollution Edit

Fish can bioaccumulate pollutants that are discharged into waterways. Estrogenic compounds found in pesticides, birth control, plastics, plants, fungi, bacteria, and synthetic drugs leeched into rivers are affecting the endocrine systems of native species. [26] In Boulder, Colorado, white sucker fish found downstream of a municipal waste water treatment plant exhibit impaired or abnormal sexual development. The fish have been exposed to higher levels of estrogen, and leading to feminized fish. [27] Males display female reproductive organs, and both sexes have reduced fertility, and a higher hatch mortality. [28]

Freshwater habitats in the United States are widely contaminated by the common pesticide atrazine. [29] There is controversy over the degree to which this pesticide harms the endocrine systems of freshwater fish and amphibians. Non-industry-funded researchers consistently report harmful effects while industry-funded researchers consistently report no harmful effects. [29] [30] [31]

In the marine ecosystem, organochlorine contaminants like pesticides, herbicides (DDT), and chlordan are accumulating within fish tissue and disrupting their endocrine system. [32] High frequencies of infertility and high levels of organochlorines have been found in bonnethead sharks along the Gulf Coast of Florida. These endocrine-disrupting compounds are similar in structure to naturally occurring hormones in fish. They can modulate hormonal interactions in fish by: [33]


What Is Faint Yellow?:

The titration is actually titrating iodine, from yellow to clear. Since the yellow to clear change is very hard to see we add starch, which turns blue in the presence of iodine. Once all the iodine has been titrated out the starch goes clear. The blue to clear is much easier to see than yellow to clear. The reason that we titrate some of the iodine out (titrate to faint yellow) before adding starch is two-fold:

  1. The starch stays dark blue right up until it goes clear, unlike most titrations where the color gradually moves toward the endpoint. Therefore, it is easy to become complacent during the titration and add an excess amount of titrant (overshooting the endpoint), thinking that you are far from the endpoint because the color is not changing.
  2. Also starch can be partially decomposed by a large amount of iodine. Therefore, the starch should not be added until the bulk of the iodine has been reduced (titrated out).

So, for both of these reasons, the sample should be titrated to a faint yellow (the exact shade does not matter) before adding the starch.

NOTA: Prior to adding the starch indicator, be sure to carefully remove the titrator and cap. Leave the titrator plunger in it’s exact position within the titrator barrel, add the 8 drops of starch and then finish the titration.


Assista o vídeo: Z8KU Biologia (Junho 2022).


Comentários:

  1. Voodook

    Na minha opinião você está errado. Entre que discutiremos. Escreva-me em PM.

  2. Hanan

    É grato pela ajuda nesta pergunta como posso agradecer?

  3. Walden

    Posso te ajudar?

  4. Cathal

    De pior a pior.

  5. Zohar

    Lamento interromper você, mas preciso de um pouco mais de informação.

  6. Kourosh

    Peço desculpas, mas, na minha opinião, você cometeu um erro. Eu posso provar. Escreva para mim em PM, vamos discutir.



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