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OSMOSE
Compreender o fenômeno osmótico é pré-requisito para diversos assuntos do programa de Biologia do segundo grau. Em fisiologia vegetal a osmose está associada, por exemplo, aos processos de transporte de seiva pelos vasos condutores, à manutenção da forma da planta (esqueleto hidrostático) e à realização de movimentos. Em fisiologia animal está relacionada, por exemplo, com os processos de troca de substâncias entre as células e o ambiente intercelular (como a que ocorre na região dos capilares sangüíneos) e com a filtração renal. Osmose é um fenômeno físico-químico que ocorre quando duas soluções aquosas de concentrações diferentes entram em contato através de uma membrana semipermeável. Os seres vivos depararam-se com a osmose desde sua origem, uma vez que tudo indica que eles surgiram em meio aquoso como sistemas isolados do ambiente por uma membrana semipermeável. Durante o processo evolutivo os seres vivos desenvolveram não só maneiras de evitar problemas causados pela osmose (inchação ou dessecamento), como também processos que aproveitam a dinâmica osmótica nos fenômenos biológicos. É importante enfatizar que na osmose, a difusão de água através da membrana semipermeável ocorre tanto da solução hipotônica para a hipertônica quanto no sentido inverso. A pressão de difusão da água, porém, é maior no sentido da solução hipotônica para a hipertônica. Difusão Facilitada: A superfície da membrana plasmática possui proteínas especiais, receptoras ou permeases, que reconhecem e transportam (carregadoras) substâncias alimentares de fora para o interior das células ou vice-versa. É um processo de facilitação que segue o gradiente de concentração, sem gasto de energia, como acontece também na osmose. Transporte Ativo: Já vimos que na difusão e na osmose, por processos puramente físicos, as moléculas tendem a se deslocar do local de sua maior concentração para a região de menor concentração. Contudo o inverso também pode ocorrer em células vivas. Isto é evidentemente contrário à tendência natural da difusão, e para poder ocorrer, necessita de um gasto de energia: é o transporte ativo. Quando analisamos o conteúdo de uma hemácia, encontramos nela concentrações de íons
de sódio (Na+) muito menor do que a concentração de sódio no plasma (solução aquosa do sangue). Ora, se raciocinarmos em termos de difusão deveria entrar na célula até que as concentrações fora e dentro se igualassem. No entanto, isto não ocorre, enquanto a hemácia estiver viva, sua concentração
interna de Na+ é baixa.
A explicação para este fenômeno é a seguinte:
Na realidade está ocorrendo difusão e íons de Na+^ estão continuamente penetrando na célula. Porém ao mesmo tempo a membrana está expulsando íons
Na+ da célula, sem parar. Esta expulsão se faz por transporte ativo. Desta forma,
a concentração interna de Na+ continua baixa, porém, às custas de um trabalho constante por parte da célula.
Já a situação do íon potássio (K+) na hemácia é inversa: encontramos sempre na
célula concentração de potássio (K+) muito superior à do plasma.
O K+, por difusão, tende a "fugir" da célula, porém a membrana o reabsorve
constantemente. Ou seja, a membrana "força" a passagem do K+ de um local de menor concentração (plasma), para o de maior concentração gastando energia no processo.
Apesar dos íons Na+ e K+ terem aproximadamente o mesmo tamanho, e, portanto igual difusibilidade percebemos que a membrana plasmática se comporta de maneira totalmente diferente em relação a cada um deles. Aqui se pode falar, sem dúvida, em permeabilidade seletiva. Muitas são as situações em que se verifica o transporte ativo. Certas algas marinhas concentram o iodo em porcentagem centenas de vezes maior do que existe na água do mar; as células da tireóide retiram o iodo do sangue por transporte ativo. Osmose em Célula Vegetal: As células vegetais apresentam dois tipos de membranas: Membrana celulósica (parede celular), composta por celulose (polissacarídeo), permeável e de grande resistência mecânica. Aparece externamente à membrana plasmática oferecendo proteção à célula (como se fosse uma armadura).
M = 0 Sc = Si
Se esta célula for colocada em água destilada voltará a ganhar água, realizando deplasmólise. d) Se a célula vegetal estiver exposta no ar e a ventilação promover lenta perda de água, o vacúolo reduz seu volume e a membrana celulósica acompanha essa retração (fica com M negativo!):
Sc = Si - (-M) Um questionamento freqüente dos estudantes é sobre a energia envolvida no processo de osmose. A pressão desenvolvida nos sistemas osmóticos resulta diretamente da pressão de difusão da água, que em última análise é gerada pela energia cinética inerente às partículas em solução. Ou seja, a própria energia térmica de agitação das partículas é a responsável pelo trabalho realizado em sistemas osmóticos. Os estudantes poderão aproveitar melhor os temas relativos à osmose se houver uma integração de conteúdos com o programa de Química. Mesmo que não seja possível combinar temporalmente o desenvolvimento do assunto, a integração sempre permite ampliar conceitos e reforçar o aprendizado. CONSTRUA UM OSMÔMETRO Um ovo de galinha, um corpo de caneta esferográfica e uma vela são os materiais necessários para construir este osmômetro. Deixe apenas a extremidade mais larga do ovo no vinagre, por 24 horas, para que a casca se dissolva e exponha a membrana coquilífera. Fure a extremidade mais estreita do ovo e remova cuidadosamente o conteúdo. Ajuste no furo do ovo um corpo plástico de caneta esferográfica e fixe-o com a parafina derretida da vela, vedando bem. Preencha o interior do ovo e parte do corpo plástico com uma solução concentrada de açúcar. Marque o nível no corpo da caneta. Mergulhe a base do ovo, com a membrana coquilífera exposta, em um frasco cheio de água pura. Após algum tempo, observa-se a subida do nível da solução contida no osmômetro. Se os estudantes construírem diversos osmômetros, pode-se testar soluções de açúcar de diferentes concentrações, o que permite avaliações quantitativas sobre a osmose. Obs.: A membrana coquilífera é altamente permeável a sais. Portanto essa demonstração não deve ser feita com soluções salinas.
MATERIAL
- 4 ovos de codorna
- um recipiente médio (tigelinha, prato fundo etc.)
- 2 copos de vidro
- água filtrada
- vinagre branco (de vinho, de arroz etc.)
- açúcar de cana (sacarose)
- etiquetas de papel INFORMAÇÕES TÉCNICAS Para observar os efeitos da osmose nos ovos é preciso primeiro remover a casca calcária, o que pode ser feito através da dissolução do carbonato de cálcio da casca pelo ácido acético presente no vinagre. Durante a reação observa-se intenso desprendimento de bolhas de gás carbônico junto à superfície do ovo. DEMONSTRAÇÃO DA OSMOSE
O ovo sem casca mergulhado na água filtrada incha devido à osmose, uma vez que sua solução interna é hipertônica em relação ao meio. Já o ovo mergulhado na solução de açúcar murcha visivelmente, o que indica que essa solução é altamente hipertônica e que as moléculas de sacarose não atravessam a membrana coquilífera. Depois de observar o que ocorre nessa demonstração de osmose, é interessante transferir um dos ovos murchos da solução de açúcar para o copo de água filtrada, e um dos ovos túrgidos da água filtrada para a solução açucarada. Esse procedimento confirma os resultados. PROCEDIMENTOS 1.Coloque o vinagre no recipiente e mergulhe os ovos, de modo a cobri-los completamente. Deixe-os assim por cerca de 24 horas ou até a total remoção da casca calcária. Lave-os bem sob água corrente. 2.Coloque a água nos copos, até cerca de metade da capacidade. Em um deles dissolva a máxima quantidade possível de açúcar (mais ou menos 5 ou 6 colheres de sopa), preparando uma solução altamente concentrada, viscosa como calda de doce. O outro copo ficará apenas com água. Etiquete os copos, identificando as soluções que eles contêm. 3.Coloque 2 ovos com a casca calcária removida em cada solução. Observe a forma e a consistência deles a cada 2 horas. Anote os resultados.
CONCEITOS
Osmose, em biologia e química, passagem de uma solução através de uma membrana que impede a passagem de parte de seus componentes. Recebe o nome de pressão osmótica a diferença entre as pressões hidrostáticas em ambos os lados da membrana. É um fenômeno muito comum no metabolismo de animais e plantas.
Carboidratos: são absorvidos no aparelho digestivo em forma de açúcares simples, principalmente glicose, que se cataboliza em compostos de carbono, que se oxidam em dióxido de carbono e água e em seguida são excretados (ver Metabolismo dos glucídios).
Gorduras: na digestão, as gorduras são hidrolisadas ou decompostas em glicerina e ácidos graxos. Em seguida, estes se transformam, através de síntese, em gorduras neutras, compostos de colesterol e fosfolipídeos, que são gorduras combinadas com fósforo que circulam no sangue. As gorduras podem ser sintetizadas nas estruturas do organismo ou armazenadas nos tecidos, que irão usá-las quando for necessário. Da mesma forma que a glicose, seu catabolismo gera compostos carbonados que se decompõem em dióxido de carbono e água.
ATP. Ver Trifosfato de adenosina; Glicólise.
Trifosfato de adenosina, (ATP), molécula encontrada em todos os seres vivos, que constitui a fonte principal de energia utilizável pelas células para realizar suas atividades.
O ATP origina-se do metabolismo dos alimentos em orgânulos especiais da célula, chamados mitocôndrias. As plantas produzem ATP utilizando diretamente a energia da luz do sol. Ver Fotossíntese.
Fotossíntese, processo pelo qual os organismos com clorofila, como as plantas verdes, as algas e algumas bactérias, capturam energia em forma de luz e a transformam em energia química. Esse processo tem lugar dentro das células, em órgãos chamados cloroplastos. É realizado em duas etapas: uma série de reações que dependem da luz e são independentes da temperatura, e outra série que depende da temperatura e é independente da luz.
A primeira etapa é a absorção de luz pelos pigmentos, em especial pela clorofila, e a transformação em energia química mediante uma série de reações. A reação fotoquímica termina com o armazenamento da energia produzida em forma de ATP e NADPH2.
Na reação na escuridão, a energia armazenada é usada para reduzir o dióxido de carbono a carbono orgânico. Essa função é executada mediante uma série de reações chamadas ciclo de Calvin, ativadas pela energia do ATP e do NADPH2.
Glicólise, rota bioquímica principal para a decomposição da glicose em seus componentes mais simples dentro das células do organismo. A glicólise caracteriza-se por poder utilizar oxigênio (rota aeróbica) se este estiver disponível, ou poder continuar o processo na ausência deste (rota anaeróbica), se for necessário, embora ao custo de produzir menos energia. A glicólise é a principal rota para o metabolismo da glicose e leva à produção do composto intermediário acetil-CoA. Este oxida-se no ciclo do ácido cítrico, produzindo energia sob a forma
de ATP. É também a via principal para o metabolismo dos outros açúcares simples da dieta, frutose e galactose.
