Biologia do A-Level

Células 细胞 são muito pequenas, então você não pode vê-las apenas com os olhos. Você usa um microscópio 显微镜 para criar uma imagem maior delas. O primeiro tipo que você encontra é o microscópio óptico 光学显微镜. Ele projeta luz através de uma amostra 标本 fina (o material que você observa) e usa lentes de vidro para aumentar a visão.

Preparando uma lâmina e desenhar o que você vê

Para observar material vivo, você faz uma preparação temporária 临时装片. Você coloca um pedaço pequeno e fino do material em uma lâmina 载玻片 de vidro, adiciona uma gota de corante 染色剂 (um líquido colorido que facilita a visualização das partes) e depois abaixa uma lâmina cobradora 盖玻片 fina por cima para achatá-la e evitar bolhas de ar.

Quando você desenha células de uma lâmina ou de uma fotografia, siga regras simples:

• use um lápis bem afiado e linhas claras e únicas (sem sombreamento).
• desenhe apenas o que você realmente consegue ver, com as partes nas proporções corretas.
• rotule as partes com linhas retas que não se cruzam.

Aumento e tamanho real

Aumento 放大倍数 diz quantas vezes maior a imagem é em relação ao objeto real. Não tem unidade. Você o encontra com uma fórmula:

Você pode rearranjar isso para encontrar qualquer valor a partir dos outros dois:

O topo e a base da fração devem usar a mesma unidade. Células são minúsculas, então você trabalha com unidades pequenas:

• $1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ 微米 (µm)
• $1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ nanômetro (nm)
• então $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.

Exemplo resolvido. Em uma fotomicrografia com aumento $5000$, um cloroplasto 叶绿ite mede $25\ \text{mm}$ de largura. Seu tamanho real é

A mesma fórmula funciona para desenhos, fotomicrografias 显微照片 (fotos tiradas através de um microscópio óptico) e micrografias eletrônicas 电子显微照片 (as fotos mais detalhadas, explicadas abaixo). Sempre converta para a mesma unidade primeiro, depois divida.

Retículo ocular e micrômetro de palco

Para medir uma célula real sob o microscópio, você usa um retículo ocular 目镜测微尺 — uma escala minúscula dentro da lente ocular. Suas divisões não têm tamanho fixo, então primeiro você deve calibrar 校准 elas (descobrir o valor de uma divisão).

Você calibra usando um micrômetro de palco 载物台测微尺 — uma lâmina especial com uma escala precisa nela (geralmente $1\ \text{mm}$ dividido em $100$ partes, então cada parte é $10\ \text{µm}$). Você alinha as duas escalas, conta quantas divisões do retículo cabem em um comprimento conhecido e divide. Uma vez calibrado, você pode trocar pela sua amostra e medi-la com o retículo.

Resolução e aumento

Essas duas palavras são fáceis de confundir. O examinador dá pontos pela diferença.

• Aumento é quantas vezes maior a imagem é em relação ao objeto.
• Resolução 分辨率 é a menor distância entre dois pontos que ainda permite vê-los como dois pontos separados.

Aumentar uma imagem nem sempre mostra mais detalhes. Passado certo ponto, você apenas obtém uma imagem maior e borrada. A resolução define o limite real de detalhes.

Um microscópio óptico tem menor resolução porque a luz tem um comprimento de onda 波长 relativamente longo. Um microscópio eletrônico 电子显微镜 usa feixes de elétrons 电子 em vez de luz. Elétrons têm um comprimento de onda muito menor, então a resolução é muito maior e você pode ver estruturas muito pequenas dentro da célula. Existem dois tipos: varredura 扫描 (mostra a superfície em 3D) e transmissão 透射 (passa elétrons através de uma fatia fina para mostrar detalhes internos).

Células vegetais e animais são células eucarióticas 真核细胞: seu DNA é mantido dentro de um núcleo 细胞核. Dentro da célula existem muitas pequenas partes chamadas organelas 细胞器, cada uma com sua própria função. O fluido gelatinoso ao redor delas é o citoplasma 细胞质.

*Uma célula vegetal também possui parede celular, cloroplastos e um grande vacúolo

Em uma fotomicrografia ou micrografia eletrônica você identifica organelas por sua forma, tamanho e posição; em um desenho você mostra seus contornos e os rotula.

As células usam ATP produzido na respiração como sua fonte de energia para cada tarefa que requer energia, como fazer proteínas, mover coisas e se dividir.

Comparando células vegetais e animais

Ambas possuem membrana plasmática, citoplasma, núcleo, mitocôndrias, ribossomos, RE e corpo de Golgi.

Uma célula procariótica 原核细胞, como uma bactéria 细菌, é muito menor e mais simples que uma célula eucariótica. Suas características principais são:

• unicelular 单细胞 — é uma única célula.
• geralmente $1$–$5\ \text{µm}$ de diâmetro.
• parede celular feita de peptidoglicano 肽聚糖 (não celulose).
• DNA circular livre no citoplasma — não há núcleo.
• $70\text{S}$ ribossomos (menores que os $80\text{S}$ no citoplasma dos eucariotos).
• nenhum organelo envolto por membrana dupla — então sem núcleo, sem mitocôndrias e sem cloroplastos.

Comparando células procarióticas e eucarióticas

Todos os vírus 病毒 são não-celulares 非细胞 — eles não são feitos de células. Cada vírus é construído a partir de apenas duas ou três partes:

• um núcleo de ácido nucleico 核酸, que é ou DNA ou RNA (nunca ambos).
• uma capa proteica ao redor do núcleo chamada capsídeo 衣壳.
• em alguns vírus, uma envelope 包膜 externa feita de fosfolipídios 磷脂.

Um vírus não tem citoplasma, não tem organelos e não tem ribossomos. Ele não pode respirar nem fazer suas próprias proteínas. Só pode copiar-se dentro de uma célula hospedeira 宿主 viva, então ele está na borda do que chamamos de "vivo".

• Ampliação $=$ tamanho da imagem $\div$ tamanho real — converta as unidades primeiro ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), depois reorganize para qualquer valor desconhecido.
• Diferencie ampliação (quantas vezes maior) de resolução (menor distância ainda vista como dois pontos); microscópios eletrônicos têm maior resolução porque elétrons têm comprimento de onda mais curto.
• Dê a cada organela um par de estrutura + função (ex. mitocôndria: membrana interna dobrada → respiração aeróbica).
• Declare as diferenças procarioto vs eucarioto exatamente: sem núcleo, ribossomos menores (70S), sem organelos membranosos, DNA circular.
• Vírus são não-vivos — descreva-os apenas por capsídeo, material genético e (às vezes) envelope.

Seress vivos são construídos a partir de quatro tipos principais de molécula 分子 grandes: carboidratos 碳水化合物, lipídios 脂质, proteínas 蛋白质 e ácidos nucleicos 核酸. Você pode usar testes químicos simples para descobrir quais tipos estão presentes em uma amostra.

Teste semi-quantitativo de Benedict

O teste normal de Benedict só diz "sim ou não". Um teste semi-quantitativo 半定量 dá uma quantidade aproximada. Primeiro você padroniza 标准化 o teste: realiza-o em soluções de concentração 浓度 conhecidas e registra o resultado para cada uma. Então você pode estimar uma desconhecida através de:

• o tempo até a primeira mudança de cor (mais açúcar muda de cor mais rápido), ou
• comparando a cor final com seu conjunto de padrões de cores.

Testando açúcares não redutores

Alguns açúcares, como a sacarose, são açúcar não redutor 非还原糖: eles dão um teste de Benedict negativo. Para detectá-los:

1. Faça um teste de Benedict normal. Permanece azul (sem açúcar redutor).
2. Pegue uma amostra fresca e adicione ácido clorídrico diluído 盐酸, depois aqueça. Essa hidrólise ácida quebra o açúcar em açúcares redutores menores.
3. Resfrie, depois neutralize 中和 o ácido com bicarbonato de sódio.
4. Agora faça o teste de Benedict novamente. Uma cor vermelha-tijolo indica que havia um açúcar não redutor presente.

Exemplo resolvido. Uma solução apresenta teste de Benedict negativo. Em seguida, é fervida com ácido clorídrico diluído, neutralizada com bicarbonato de sódio e retestada com Benedict — agora torna-se vermelho-tijolo. O que estava presente e por que cada etapa é necessária? O primeiro resultado negativo exclui um açúcar redutor. Ferver com ácido hidrolisa a ligação glicosídica, quebrando um açúcar não-redutor como sacarose em seus monossacarídeos redutores. A etapa de neutralização é essencial porque o teste de Benedict só funciona em condições alcalinas — pular essa etapa faz o teste falhar mesmo quando o açúcar está presente. Portanto, o teste positivo subsequente indica que havia um açúcar não-redutor desde o início. Cite o primeiro teste negativo na resposta: sem ele, a cor vermelha final não consegue distinguir um açúcar não-redutor de um redutor.

Monômeros, polímeros e macromoléculas

• um monômero 单体 é uma molécula pequena que constitui uma unidade individual.
• um polímero 聚合物 é uma molécula longa composta por muitos monômeros ligados entre si.
• uma macromolécula 大分子 é qualquer molécula muito grande.

Os açúcares vêm em três tamanhos:

• um monossacarídeo 单糖 é uma unidade única de açúcar, como glicose 葡萄糖 e frutose.
• um dissacarídeo 二糖 são duas unidades ligadas, como maltose e sacarose.
• um polissacarídeo 多糖 são muitas unidades ligadas formando um polímero.

Glicose, frutose 果糖 e maltose 麦芽糖 são açúcares redutores. Sacarose 蔗糖 é um açúcar não-redutor.

Duas formas de anel da glicose

A glicose possui seis átomos de carbono e forma um anel. Existem duas formas de anel. Diferem apenas no carbono 1:

• nenhuma α-glicose, o grupo –OH no carbono 1 aponta para baixo, abaixo do anel.
• nenhuma β-glicose, o grupo –OH no carbono 1 aponta para cima, acima do anel.

Essa pequena diferença determina qual polissacarídeo a glicose pode formar.

Ligando e quebrando açúcares

Os monômeros são unidos por fortes ligações covalentes 共价键. Quando dois açúcares se ligam, forma-se uma ligação glicosídica 糖苷键 entre eles. Isso ocorre por condensação 缩合: uma molécula de água é removida sempre que uma ligação se forma.

O processo inverso é hidrólise 水解: uma molécula de água é adicionada para quebrar uma ligação glicosídica. É por isso que o teste de açúcar não-redutor precisa de ácido e calor — eles hidrolisam a sacarose em glicose e frutose.

Polissacarídeos de armazenamento: amido e glicogênio

Amido é o depósito de energia 能量 em plantas. É composto por dois polímeros de α-glicose:

• amilose 直链淀粉 — uma cadeia longa e não ramificada que se enrola em espiral.
• amilopectina 支链淀粉 — uma cadeia com muitas ramificações laterais.

Glicogênio 糖原是动物体内的储能物质。它像淀粉一样由α-葡萄糖组成，但分支更多，因此当需要能量时可以迅速分解。

Esses depósitos são ideais para sua função: são compactos, são insolúveis 不溶 (portanto não saem da célula) e não alteram o potencial hídrico 水势 da célula (portanto não atraem água por osmose 渗透). As muitas ramificações fornecem muitas extremidades, permitindo que a glicose seja adicionada ou removida rapidamente.

Celulose

Celulose 纤维素由β-葡萄糖组成。由于β构型，每隔一个葡萄糖分子就会翻转方向，使链呈长而直的形态。许多直链并排排列，通过氢键 氢键连接成称为微纤丝 微纤丝的强韧束状结构。这些结构赋予植物细胞壁 细胞壁强度，防止细胞破裂。

Triglicerídeos

Um triglicerídeo 甘油三酯 é a principal gordura ou óleo. É apolar 非极性 e hidrofóbico 疏水 (não se mistura com água). É formado por uma molécula de glicerol 甘油 ligada a três ácidos graxos 脂肪酸 através de ligações éster 酯键. Cada ligação éster forma-se por condensação, sendo removidas três moléculas de água.

Os ácidos graxos são de dois tipos:

• saturados 饱和 — sem ligações duplas 双键 carbono-carbono; essas gorduras geralmente são sólidas.
• insaturados 不饱和 — uma ou mais ligações duplas; esses óleos geralmente são líquidos.

Triglicerídeos constituem um bom depósito de energia de longo prazo: liberam cerca de duas vezes mais energia por grama que carboidratos, são insolúveis e armazenam pouca massa extra porque não retêm água. Sob a pele também fornecem isolamento térmico 隔热 e protegem os órgãos.

Fosfolipídios

Um fosfolipídio 磷脂 é como um triglicerídeo, mas um ácido graxo é substituído por um grupo fosfato 磷酸. Isso confere à molécula duas extremidades com comportamento diferente:

• uma cabeça polar 极性 hidrofílica 亲水 (
• duas caudas hidrofóbicas (

Esse caráter dual é por que fosfolipídios formam as membranas ao redor das células.

Aminoácidos e a ligação peptídica

Proteínas são polímeros de aminoácidos 氨基酸. Todo aminoácido possui a mesma estrutura geral em torno de um átomo de carbono central: um grupo amino 氨基 (–NH₂), um grupo carboxila 羧基 (–COOH), um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral 侧链 variável (o grupo R). O grupo R é diferente em cada aminoácido.

Dois aminoácidos ligam-se por condensação. A ligação formada entre o grupo amino de um e o grupo carboxila do próximo é uma ligação peptídica 肽键, sendo removida uma molécula de água. Muitos aminoácidos ligados assim formam um polipeptídeo 多肽. Adicionar água (hidrólise) quebra uma ligação peptídica.

Quatro níveis de estrutura proteica

*Os quatro níveis: estrutura primária → secundária → terciária → quaternária

A forma dobrada é mantida por quatro tipos de interação entre os grupos R:

• interações hidrofóbicas 疏水作用 (grupos R apolares agrupam-se longe da água).
• ligações de hidrogênio.
• ligações iônicas 离子键 (entre grupos R carregados).
• ligações covalentes, incluindo fortes ligações dissulfeto 二硫键。

Proteínas globulares e fibrosas

• proteínas globulares 球状蛋白质 dobram-se em formato arredondado, geralmente são solúveis 可溶 e desempenham funções no corpo (por exemplo, enzimas e hemoglobina).
• proteínas fibrosas 纤维状蛋白质 formam longos filamentos, geralmente são insolúveis e fornecem estrutura e suporte (por exemplo, colágeno).

Hemoglobina — uma proteína globular

Hemoglobina 血红蛋白在红细胞中携带氧气 氧气。它具有由四条多肽链组成的四级结构：两条α（α-珠蛋白）链和两条β（β-珠蛋白）链。每条链含有一个血红素 血红素基团。每个血红素中心有一个铁 铁原子，这是结合一个氧分子的位置。四条链意味着一个血红蛋白分子可以携带四个氧分子。

Colágeno — uma proteína fibrosa

Colagénio 胶原蛋白 dá resistência à pele, tendões 肌腱, ossos e paredes dos vasos sanguíneos. Uma molécula de colagénio consiste em três cadeias polipeptídicas enroladas firmemente umas às outras numa fita tripla, mantidas por ligações de hidrogénio. Muitas destas moléculas estão lado a lado, ligeiramente escalonadas, e são ligadas transversalmente em fibras 纤维. O arranjo escalonado e ligado transversalmente torna o colagénio muito forte quando puxado.

A água é uma molécula pequena, mas suas duas ligações O–H são polares: a extremidade do oxigênio é levemente negativa e as extremidades de hidrogênio são levemente positivas. Assim, uma molécula de água atrai suas vizinhas, formando ligações de hidrogênio fracas entre elas. Essas ligações de hidrogênio explicam as propriedades úteis da água:

• ação de solvente — a água é um bom solvente 溶剂, então muitas substâncias se dissolvem nela. Isso permite que reações ocorram e que substâncias sejam transportadas pelo corpo.
• alta capacidade calorífica específica 比热容 — a água precisa de muita energia para aquecer, então sua temperatura permanece estável. Isso protege os seres vivos de mudanças rápidas de temperatura.
• calor latente de vaporização 汽化潜热 — a água precisa de muita energia para evaporar 蒸发. Então, quando a água evapora (por exemplo, ao secar o suor), ela remove muito calor e resfria o corpo.

• Aprenda cada teste alimentar como reagente + resultado positivo + mudança de cor (Benedict → vermelho tijolo; iodo → azul-preto; biuret → roxo; emulsão → branco).
• Benedict detecta açúcares redutores; para um açúcar não redutor, você deve hidrolisar com ácido primeiro, depois testar novamente.
• Nomeie a ligação precisamente: glicosídica (carboidratos), éster (lipídios), peptídica (proteínas) — todas formadas por condensação (remoção de água).
• Vincule estrutura à função: celulose (cadeias retas, ligações H → forte), glicogênio/amido (ramificado/enrolado → armazenamento compacto).
• Para proteínas, nomeie a ligação em cada nível: primária (peptídica), secundária (ligação de hidrogênio), terciária (interações do grupo R), quaternária.

Enzimas 酶 são proteínas globulares 球状蛋白质 — um tipo de proteína 蛋白质 com formato arredondado e solúvel. Elas são catalisadores biológicos: catalisam 催化 (aceleram) as reações químicas nos seres vivos, e não são consumidas, então cada enzima funciona repetidamente.

As enzimas funcionam em dois locais:

• Enzimas intracelulares 细胞内 funcionam dentro da célula 细胞 que as produziu. Um exemplo é a catalase 过氧化氢酶, que decomõe o peróxido de hidrogênio nocivo.
• Enzimas extracelulares 细胞外 são secretadas 分泌 (enviadas para fora) para funcionar fora da célula. Um exemplo é a amilase 淀粉酶, que é liberada no intestino para digestir 消化 amido 淀粉.

Cada enzima tem um bolso especial chamado sítio ativo 活性位点. A molécula sobre a qual atua é seu substrato 底物. O substrato encaixa no sítio ativo para formar um complexo enzima-substrato 酶底物复合物. A reação ocorre então, e os produtos 产物 saem, liberando o sítio ativo para o próximo substrato.

Especificidade

Uma enzima é específica: geralmente funciona apenas em um substrato. Isso ocorre porque a forma do sítio ativo é complementar 互补 à (encaixa na) forma daquele substrato e nenhuma outra. Chamamos isso de especificidade 专一性.

Duas ideias explicam como o substrato se encaixa:

• a hipótese da fechadura e chave 锁钥学说 — o sítio ativo tem uma forma fixa, e apenas um substrato com a forma correspondente encaixa, como uma chave em uma fechadura.
• a hipótese do ajuste induzido 诱导契合学说 — o sítio ativo inicialmente não tem exatamente a forma correta. Quando o substrato se liga, o sítio ativo muda ligeiramente de forma para envolver-se firmemente ao redor dele. Essa ideia se encaixa melhor nas evidências.

Redução da energia de ativação

Toda reação precisa de um pequeno "empurrão" de energia para começar, chamado energia de ativação 活化能. Uma enzima reduz a energia de ativação. Isso permite que a reação ocorra rapidamente à temperatura 温度 normal da célula, em vez de precisar de calor intenso.

Você pode acompanhar uma reação enzimática de duas maneiras:

• medir a rapidez com que o produto é formado. Com a catalase, o gás oxigênio é um produto, então você coleta o gás e mede seu volume ao longo do tempo.
• medir a rapidez com que o substrato desaparece. Com a amilase, você retira amostras e usa o teste do iodo; a cor azul-preta diminui à medida que o amido é consumido.

Um colorímetro 比色计 torna isso exato. Ele faz passar luz através do tubo e mede quanto da luz é absorvida, transformando uma mudança de cor em um número que você pode plotar.

A velocidade de reação 反应速率 é mais íngreme no início (maior quantidade de substrato presente), então a velocidade inicial (a inclinação no tempo zero) é o valor mais justo para comparar.

Exemplo resolvido. Nos primeiros $20$ segundos de uma reação de catalase, $16\ \text{cm}^3$ de oxigênio é coletado. Estime a velocidade da reação.

Como a reação é mais rápida no início, medir sobre esse curto intervalo inicial fornece um valor próximo à velocidade inicial; fazer uma média sobre um período mais longo incluiria as etapas posteriores mais lentas e subestimaria o valor.

Temperatura

À medida que a temperatura aumenta, as moléculas ganham mais energia cinética 动能 e colidem 碰撞 com mais frequência, então a velocidade aumenta. Mas acima da temperatura ótima 最适温度, a enzima começa a denaturar 变性: o calor quebra as ligações que mantêm sua forma, então o sítio ativo muda e deixa de se encaixar no substrato. A velocidade então cai rapidamente.

pH

Cada enzima tem um pH ótimo. Se o pH se afasta muito dele, a enzima denatura e a velocidade cai. Para estudar o pH corretamente, você o mantém estável com uma solução tampão 缓冲液.

Concentração de enzima

Com bastante substrato, mais enzima significa mais sítios ativos, então a velocidade aumenta proporcionalmente à concentração de enzima.

Concentração de substrato

Inicialmente, adicionar mais substrato acelera a reação. Mas uma vez que todos os sítios ativos estejam ocupados, adicionar mais não faz diferença — a velocidade se estabiliza em um máximo.

Concentração de inibidor

Um inibidor 抑制剂 é uma molécula que desacelera uma enzima. Quanto mais inibidor estiver presente, menor será a velocidade.

A velocidade de nivelamento, quando todos os sítios ativos estão cheios, é a velocidade máxima, escrita $V_{\text{max}}$.

A constante de Michaelis–Menten 米氏常数 ($K_{\text{m}}$) é a concentração de substrato que proporciona metade de $V_{\text{max}}$. Ela informa sobre a afinidade 亲和力 (poder de atração) da enzima por seu substrato:

• um baixo $K_{\text{m}}$ significa que a enzima atinge metade da velocidade em uma baixa concentração de substrato, portanto tem alta afinidade.
• um alto $K_{\text{m}}$ significa uma baixa afinidade.

Então $K_{\text{m}}$ permite que você compare o quanto diferentes enzimas seguram seus substratos.

Alguns inibidores são reversíveis 可逆: eles podem deixar a enzima novamente. Existem dois tipos.

Uma enzima imobilizada 固定化酶 fica fixa em lugar — por exemplo, aprisionada dentro de pequenas esferas de alginato 海藻酸盐 — em vez de flutuar livremente em solução. A solução de substrato flui ao lado das esferas.

Uma enzima livre geralmente atua um pouco mais rápido, pois o substrato pode alcançá-la facilmente. Mas as enzimas imobilizadas têm grandes vantagens práticas:

• a enzima não é lavada para fora, então pode ser reutilizada repetidamente.
• o produto é puro — não está misturado com a enzima.
• a enzima é mais estável, resistindo melhor a mudanças de temperatura e pH.
• o processo pode ocorrer continuamente, com substrato fluindo para dentro e produto fluindo para fora.

• Explique a ação das enzimas usando o modelo de ajuste induzido (o sítio ativo molda-se ao redor do substrato) — agora preferido ao modelo de chave e fechadura.
• Acima da optimalidade, a enzima desnatura-se (ligações de hidrogênio e estrutura terciária se quebram) — escreva "desnatura-se", nunca "morre" ou "é destruída".
• Diferencie inibidores: competitivo liga-se ao sítio ativo (superado por mais substrato, mesma $V_{max}$); não competitivo liga-se em outro lugar (menor $V_{max}$).
• Compare taxas usando a taxa inicial (tangente no tempo zero) — a medida mais justa, antes que o substrato se torne limitante.

Toda célula é envolvida por uma membrana plasmática 细胞膜. Descrevemos sua estrutura usando o modelo do mosaico fluido 流动镶嵌模型.

A bicamada fosfolipídica

A membrana é construída principalmente de fosfolipídios 磷脂. Cada fosfolipídio tem uma cabeça hidrofílica 亲水 ("que ama água") e duas caudas hidrofóbicas 疏水 ("que temem água"). Há água de ambos os lados da membrana, então os fosfolipídios se alinham em duas camadas — uma bicamada 双层 — com as cabeças voltadas para a água externa e interna, e as caudas escondidas no meio, longe da água. Essa disposição forma-se espontaneamente devido às interações hidrofílicas e hidrofóbicas.

O modelo é chamado de "fluido" porque os fosfolipídios não são fixos: eles deslizam uns sobre os outros, permitindo que a membrana se mova e se dobre. É chamado de "mosaico" porque muitas proteínas 蛋白质 estão distribuídas por ela, como azulejos em uma imagem.

O que flutua na membrana

Assim, as moléculas da membrana conferem à membrana sua estabilidade 稳定性, sua fluidez, sua permeabilidade 通透性 (controle sobre o que passa), suas funções de transporte, suas funções de sinalização e seu reconhecimento celular.

A membrana é parcialmente permeável 半透膜: permite que algumas substâncias passem facilmente, mas bloqueia outras.

As células comunicam-se entre si por sinalização celular 细胞信号传递. As etapas principais são:

1. uma célula secreta uma substância sinalizadora chamada ligante 配体 (por exemplo, um hormônio 激素).
2. o ligante é transportado (frequentemente no sangue) até uma célula-alvo 靶细胞.
3. o ligante liga-se a um receptor 受体 específico na membrana plasmática da célula-alvo. A forma do receptor corresponde apenas àquele ligante. A ligação desencadeia uma resposta específica dentro da célula-alvo.

Existem seis processos. Alguns são passivos 被动 (não exigem energia 能量), e outros são ativos (usam energia da ATP).

Difusão simples

Difusão 扩散 é o movimento líquido de partículas de onde estão em alta concentração 浓度 para onde estão em baixa concentração, até se espalharem uniformemente. Difusão simples 简单扩散 ocorre quando partículas passam diretamente pela bicamada, descendo o gradiente de concentração 浓度梯度. Apenas moléculas pequenas ou apolares podem fazer isso — como oxigênio 氧气 e dióxido de carbono 二氧化碳. É passivo.

Difusão facilitada

Íons carregados ions 离子 e moléculas polares grandes (como glicose 葡萄糖) não conseguem atravessar a bicamada oleosa sozinhas. Na difusão facilitada 易化扩散, elas atravessam por proteínas canal ou proteínas carreadoras, ainda movendo-se descendo o gradiente de concentração. Também é passivo.

Osmose

Osmose 渗透 é a difusão da água através de uma membrana parcialmente permeável, de um maior potencial hídrico 水势 para um menor potencial hídrico. É passivo.

Transporte ativo

Transporte ativo 主动运输 move uma substância contra seu gradiente de concentração — de baixa para alta concentração. Isso requer proteínas carreadoras e energia da ATP.

Endocitose e exocitose

Estes transportam grandes quantidades de material em massa, usando ATP.

• na endocitose 胞吞作用, a membrana dobra-se para dentro ao redor do material e pinça-se formando uma vesícula 囊泡 para trazê-la para dentro da célula.
• na exocitose 胞吐作用, uma vesícula funde-se com a membrana e libera seu conteúdo para fora da célula.

Uma célula absorve e remove substâncias através de sua superfície. À medida que um objeto cresce, seu volume 体积 aumenta mais rapidamente que sua área de superfície 表面积. Assim, a relação área de superfície por volume torna-se menor à medida que o tamanho aumenta.

Para um cubo de lado $L$:

Um grande $L$ resulta em uma pequena razão. É por isso que células pequenas (e formas finas e planas) trocam materiais rapidamente, enquanto células grandes não podem confiar apenas na difusão.

Exemplo resolvido. Compare a relação área de superfície : volume de uma célula em forma de cubo de lado $4$ com uma de lado $10$.

Para lado $4$: área de superfície $= 6 \times 4^2 = 96$ e volume $= 4^3 = 64$, então a razão é $96 : 64 = 1.5 : 1$. Para lado $10$: área de superfície $= 6 \times 10^2 = 600$ e volume $= 10^3 = 1000$, então a razão é $600 : 1000 = 0.6 : 1$. A célula maior tem a razão menor, então troca materiais através de sua superfície mais lentamente para seu tamanho — o que explica por que organismos grandes necessitam de superfícies especializadas de troca, como pulmões e brânquias.

Você pode demonstrar isso com blocos de agar 琼脂 de diferentes tamanhos mergulhados em corante ou ácido: o bloco menor, com a maior relação área de superfície por volume, muda de cor completamente mais rápido. A difusão em materiais não vivos também pode ser estudada com tubos de diálise 透析袋 (Visking tubing).

Potencial hídrico mede a probabilidade de a água sair de uma solução. Água pura tem o maior potencial hídrico. Adicionar um soluto 溶质 (uma substância dissolvida) o reduz. A água sempre se move por osmose de um potencial hídrico maior para um menor.

Para estimar o potencial hídrico de tecido vegetal, você coloca pedaços em soluções de sacarose com diferentes potenciais hídricos. A solução que causa nenhuma mudança em massa ou comprimento tem aproximadamente o mesmo potencial hídrico que o tecido.

Efeito em células vegetais

• em uma solução de potencial hídrico mais alto (por exemplo, água destilada 蒸馏水), a água entra na célula. A célula incha e torna-se turgida 膨胀, mas a parede celular forte impede que ela estoure.
• em uma solução de potencial hídrico mais baixo, a água sai. O conteúdo da célula encolhe e a membrana se afasta da parede celular — isso é plasmólise 质壁分离.

Efeito em células animais

Células animais não possuem parede celular para protegê-las.

• em uma solução de potencial hídrico mais alto, a água entra e a célula pode estourar. Em um glóbulo vermelho, esse estouro é chamado de hemólise 溶血.
• em uma solução de potencial hídrico mais baixo, a água sai e a célula encolhe.

• Descreva a membrana como um mosaico fluido: uma bicamada fosfolipídica com proteínas, colesterol e glicoproteínas.
• Classifique cada processo: difusão, difusão facilitada e osmose são passivos (a favor do gradiente); transporte ativo e endo/exocitose precisam de ATP e podem ocorrer contra ele.
• Para osmose, use sempre potencial hídrico ($\Psi$): a água move-se de alto (menos negativo) para baixo (mais negativo) $\Psi$; a água pura é $0$, o valor mais alto.
• Indique o resultado por tipo de célula: célula vegetal turgida/plasmolisada; célula animal lisa/crenada — relacione isso ao gradiente de potencial hídrico.

Um cromossomo 染色体 é uma única molécula muito longa de DNA enrolada firmemente ao redor de proteínas 蛋白质 especiais chamadas histonas 组蛋白. Enrolar o DNA dessa forma permite que um comprimento enorme caiba dentro do núcleo e mantém sua organização.

Antes de uma célula se dividir, seu DNA é copiado (essa cópia é chamada de replicação 复制). Após a cópia, cada cromossomo é composto por duas cópias idênticas unidas. Essas duas cópias são as cromátides-irmãs 姐妹染色单体, e elas são mantidas unidas em um ponto chamado centrômero 着丝粒. As pontas de cada cromossomo são cobertas por telômeros 端粒, que protegem as extremidades.

Mitose 有丝分裂 é um tipo de divisão nuclear que produz duas células-filhas 子细胞 que são ** geneticamente idênticas** — elas carregam exatamente os mesmos genes 基因 que a célula parental e entre si.

Isso é importante para:

• crescimento de organismos multicelulares 多细胞生物体 (produzindo mais células).
• substituição de células danificadas ou mortas.
• reparo de tecidos 组织 pela produção de novas células.
• reprodução assexuada 无性生殖 (um progenitor gera descendentes idênticos).

O ciclo celular 细胞周期 é a vida completa de uma célula, desde uma divisão até a próxima. Ele possui três partes:

1. interfase 间期 — a parte mais longa. A célula cresce na fase G₁, copia seu DNA na fase S (replicação), e cresce novamente e prepara-se para se dividir na fase G₂.
2. mitose — o núcleo divide-se em dois núcleos idênticos.
3. citocinese 胞质分裂 — o restante da célula divide-se, resultando em duas células-filhas separadas.

Índice mitótico

O índice mitótico é a fração de células em uma amostra que estão em mitose. Você o encontra contando células sob um microscópio:

Exemplo resolvido. Em uma amostra de cabeça de raiz, $8$ das $50$ células vistas estão em mitose. Calcule o índice mitótico.

Um índice mitótico alto significa muitas células dividindo rapidamente — normal em uma cabeça de raiz em crescimento, mas em tecido animal adulto pode ser um sinal de alerta de crescimento descontrolado.

Quando o DNA é replicado, a cópia não consegue atingir a extremidade final da molécula, então uma pequena parte é perdida a cada vez. Telômeros são trechos curtos e repetidos de DNA nas extremidades que não contêm genes. Como os telômeros encurtam em vez disso, nenhum gene importante é perdido durante a replicação.

Uma célula-tronco 干细胞 é uma célula indiferenciada que pode continuar a se dividir por mitose e pode diferenciar-se 分化 (alterar-se) em diferentes tipos celulares especializados. Células-tronco são a fonte de novas células para substituir células perdidas e reparar tecidos.

O ciclo celular normalmente é rigorosamente controlado, para que as células se dividam apenas quando necessário. Se esse controle for perdido, uma célula pode se dividir repetidamente sem parar. Essa divisão descontrolada produz um aglomerado de células chamado tumor 肿瘤.

A mitose passa por quatro fases. Você deve ser capaz de reconhecê-las em fotomicrografias e lâminas.

A citocinese segue. Em uma célula animal, a membrana plasmática se invagina para dividir a célula; em uma célula vegetal, uma nova parede forma-se ao meio. O resultado são duas células-filhas geneticamente idênticas.

• Aprenda as fases em ordem (prófase, metáfase, anafase, telófase) com um evento-chave em cada uma; a interfase (G1, S, G2) não faz parte da mitose.
• A mitose resulta em duas células diploides geneticamente idênticas — para crescimento, reparo e reprodução assexuada.
• Índice mitótico $=$ células em mitose $\div$ células totais; um valor alto indica divisão rápida.
• Relacione a mitose descontrolada a tumores e o encurtamento de telômeros ao limite no número de divisões.

Ácidos nucleicos 核酸 (DNA e RNA) são polímeros de unidades pequenas chamadas nucleotídeos 核苷酸. Cada nucleotídeo é composto por três partes unidas:

• um grupo fosfato 磷酸,
• um açúcar (um açúcar de 5 carbonos),
• uma base nitrogenada 碱基.

ATP é um nucleotídeo especial. Possui a base adenina 腺嘌呤, o açúcar ribose 核糖, e três grupos fosfato. Romper o último fosfato libera energia 能量 para a célula.

Existem cinco bases, em dois grupos:

• purinas 嘌呤 têm um anel duplo (dois anéis): adenina e guanina 鸟嘌呤.
• pirimidinas 嘧啶 têm um anel simples (um anel): citosina 胞嘧啶, timina 胸腺嘧啶 e uracila 尿嘧啶.

Uma molécula de DNA é formada por duas fitas torcidas juntas em uma dupla hélice 双螺旋.

Cada fita 链 tem uma cadeia principal alternada de açúcar (neste caso, o açúcar é a desoxirribose 脱氧核糖) e fosfato. O açúcar de um nucleotídeo está ligado ao fosfato do seguinte por uma ligação fosfodiéster 磷酸二酯键.

As duas fitas são mantidas unidas pelas suas bases, que se encontram no centro. O pareamento é exato — isso é pareamento de bases complementares 碱基互补配对:

• A sempre se pareia com T, mantido por dois ligações de hidrogênio 氢键.
• C sempre se pareia com G, mantido por três ligações de hidrogênio (portanto, um par de bases 碱基对 C–G é mais difícil de separar).

As duas fitas percorrem em direções opostas: uma vai de 5′ para 3′ enquanto a outra vai de 3′ para 5′. Dizemos que elas são antiparalelas 反平行.

A escada plana acima é torcida em espiral. Este modelo de preenchimento espacial, onde cada átomo é uma bola, mostra a forma real do hélice dupla:

A replicação 复制 do DNA (cópia) ocorre durante a fase S do ciclo celular. É semi-conservativa 半保留复制: cada nova molécula mantém uma fita antiga e uma nova fita. Os passos são:

1. a hélice dupla desenrola e as ligações de hidrogênio se quebram, fazendo com que as duas fitas se separam.
2. cada fita antiga atua como molde. Nucleotídeos livres pareiam-se com as bases expostas por pareamento de bases complementares.
3. a enzima 酶 DNA polimerase 聚合酶 une os novos nucleotídeos em uma fita. Ela só pode adicionar nucleotídeos na direção 5′ para 3′.

Devido a essa regra de 5′ para 3′, as duas novas fitas são construídas de maneira diferente:

• a fita líder 前导链 é construída continuamente, seguindo o desenrolamento.
• a fita atrasada 后随链 é construída em pequenos pedaços, trabalhando para longe do ponto de desenrolamento. A enzima DNA ligase 连接酶 então une esses pedaços juntos.

O RNA também é feito de nucleotídeos, mas é uma fita simples, seu açúcar é a ribose, e ele usa uracila no lugar da timina. O tipo mais importante aqui é o ARN mensageiro (mRNA) 信使RNA, que transporta uma cópia das instruções de um gene fora do núcleo para ser usado.

Um gene 基因 é uma sequência de nucleotídeos de DNA que codifica uma polipeptídeo 多肽.

O código é lido em tripletes 三联体 — grupos de três bases. Cada tripleto ou codifica um aminoácido 氨基酸 específico, ou atua como sinal de início ou parada. O código é universal: quase todos os seres vivos usam os mesmos tripletes para os mesmos aminoácidos.

Existem 64 tripletes possíveis, mas apenas 20 aminoácidos comuns, portanto a maioria dos aminoácidos é codificada por mais de um tripleto.

Transcrição (no núcleo)

O gene de DNA é copiado em ARNm. Isso é transcrição 转录.

• a fita de DNA que é copiada é a fita molde 模板链; a fita parceira é a fita não transcrita 非转录链.
• a enzima ARN polimerase 聚合酶 une nucleotídeos de ARN que pareiam com as bases molde (com uracila pareando com adenina).
• nos eucariotos, o primeiro ARN produzido (o transcrito primário 初级转录本) contém partes codificadoras chamadas éxons 外显子 e partes não codificadoras chamadas íntrons 内含子. Os íntrons são cortados e os éxons são ligados para formar o ARNm maduro.

Tradução (no ribossomo)

O ARNm sai do núcleo e se liga a um ribossomo 核糖体. Construir a polipeptídeo a partir do código do ARNm é a tradução 翻译.

• o ARNm é lido em códon 密码子 (cada codon é um tripleto de bases de ARNm).
• moléculas de ARN de transferência (ARNt) 转运RNA trazem aminoácidos para o ribossomo. Cada ARNt tem um anticodão 反密码子 que pareia com um codon correspondente.
• à medida que os codons são lidos em ordem, o ribossomo une os aminoácidos com ligações peptídicas 肽键, construindo a polipeptídeo.

Exemplo resolvido. Uma fita molde de DNA lê TAC GGA CTT. Dê os códons do ARNm e diga o quanto a polipeptídeo é longa. Transcreva por pareamento de bases complementares, lembrando que o ARN usa uracila 尿嘧啶 no lugar da timina: TAC dá AUG, GGA dá CCU, CTT dá GAA. Então o ARNm lê AUG CCU GAA. AUG é o codon de início 起始密码子 (metionina), então a polipeptídeo tem três aminoácidos de comprimento - dois após a metionina de início ser removida. Dois erros custam a maior parte das notas aqui: parear A com T 胸腺嘧啶 em vez de U 尿嘧啶 ao escrever o ARNm, e transcrever a fita codificante 编码链 em vez da fita molde 模板链. O ARNm é complementar à fita molde e idêntico à fita codificante exceto pela U substituindo a T.

Uma mutação 突变 gênica é uma mudança na sequência de bases de uma molécula de DNA. Pode alterar a polipeptídeo produzida. Existem três tipos:

• substituição 替换 — uma base é trocada por uma base diferente. Isso altera no máximo um aminoácido, e àssemelho nenhum (porque a maioria dos aminoácidos tem mais de um tripleto).
• deleção 缺失 — uma base é removida.
• inserção 插入 — uma base extra é adicionada.

Uma deleção ou inserção desloca a leitura de todo tripleto posterior, então geralmente muda muitos aminoácidos após esse ponto e tem um grande efeito na polipeptídeo.

*Uma substituição muda um tripleto; uma deleção ou inserção desloca todo tripleto posterior (um frameshift)

• O DNA é antiparalelo, mantido por ligações de hidrogênio (A=T dois, C≡G três); a replicação é semi-conservativa (cada produto mantém uma fita antiga).
• Declare onde e o quê: transcrição (núcleo → ARNm), tradução (ribossomo, ARNm + ARNt → polipeptídeo).
• Descreva o código com todos os quatro termos: triplete, não sobreposto, degenerado, universal.
• Para uma mutação gênica (substituição, inserção, deleção) explique o efeito na proteína — e por que uma substituição pode ser silenciosa (degenerescência).

As plantas movem substâncias através de dois tecidos de transporte 组织:

• o xilema 木质部 transporta água e íons minerais 矿物离子 dissolvidos para cima das raízes.
• o floema 韧皮部 transporta alimentos dissolvidos (chamados assimilados 同化物, principalmente açúcares) para onde quer que sejam necessários.

Em uma seção transversal 横切面 (um corte reto através) de uma planta dicotiledônea 双子叶植物:

• nenhuma caule, xilema e floema ficam juntos em feixes perto da periferia, com o xilema no interior de cada feixe.
• na raiz, o xilema está no centro, muitas vezes em formato de estrela, com o floema entre os braços.
• na folha, ambos são encontrados nas veias.

Ao desenhar um diagrama esquemático, você desenha apenas os contornos dos tecidos, não as células individuais.

Vasos do xilema

Os tubos condutores de água do xilema são chamados de vasos 导管. Eles são feitos de células mortas e vazias unidas ponta a ponta, com as paredes terminais ausentes, formando assim um longo tubo aberto. Suas paredes são espessadas e impermeabilizadas com lignina 木质素. Portanto, a estrutura se adapta à função: o tubo oco e aberto sem conteúdo permite que a água flua rapidamente, e a lignina confere resistência e suporte.

Tubos peneira do floema e células companheiras

Os tubos condutores de alimento do floema são chamados de tubos peneira 筛管. São células vivas unidas ponta a ponta, mas suas paredes terminais não desaparecem — tornam-se placas peneira 筛板 com muitos orifícios pelos quais a seiva flui. Para dar espaço ao fluxo, uma célula do tubo peneira perde a maior parte de seu conteúdo e não tem núcleo.

Ao lado de cada tubo peneira há uma célula companheira 伴胞. Ela mantém seu núcleo 细胞核 e possui muitas mitocôndrias 线粒体. Ela realiza o trabalho vivo para o tubo peneira e carrega açúcares para dentro dele.

Esta é a aparência de um fascículo vascular 维管束 real sob microscópio, em uma secção corada de um caule jovem de girassol:

A água entra em uma célula pilífera 根毛细胞 por osmose 渗透, porque o potencial hídrico da pilha radicular é mais baixo que o da água do solo. A água atravessa então a raiz até o xilema por dois caminhos:

• o caminho apoplasto 质外体途径 — a água se move através das paredes celulares 细胞壁 (feitas de celulose 纤维素) e dos espaços entre as células, sem entrar no citoplasma. Este caminho é rápido.
• o caminho simplasto 共质体途径 — a água se move através do citoplasma das células, passando de célula para célula através dos plasmodesmos 胞间连丝.

Em um anel de células chamado endoderme 内皮层, o caminho apoplasto é bloqueado pela faixa de Caspari 凯氏带, uma faixa impermeável de suberina 木栓质. Isso força toda a água a passar pelas membranas celulares, permitindo que a planta controle o que entra no xilema.

Transpiração 蒸腾作用 é a perda de vapor d'água de uma planta. A água evapora (vira vapor) das superfícies úmidas das células dentro da folha — isso é evaporação 蒸发. O vapor d'água 水蒸气 então difunde 扩散 para fora através dos estômatos 气孔 para a atmosfera 大气.

Essa perda no topo puxa a água para cima no xilema em uma coluna contínua. Funciona devido à ligação de hidrogênio entre as moléculas de água:

• as moléculas de água se atraem mutuamente através de ligações de hidrogênio 氢键, mantendo-se unidas. Essa coesão é a coesão 内聚力, e permite que toda a coluna seja puxada para cima sob tensão 张力 (a teoria coesão-tensão).
• as moléculas de água também se ligam à celulose das paredes celulares. Isso é aderência 附着力, que ajuda a manter a coluna no lugar.

Exemplo resolvido. Uma célula vegetal com potencial hídrico de $-800\ \text{kPa}$ é colocada em uma solução com potencial hídrico de $-400\ \text{kPa}$. Para onde a água se move e o que acontece com a célula? A água sempre se move para baixo um gradiente de potencial hídrico - do valor menos negativo (mais alto) para o mais negativo (mais baixo). A solução em $-400$ é maior que a célula em $-800$, então a água se move para dentro da célula. A célula incha, o protoplasto pressiona a parede celular, o potencial de pressão aumenta e a célula torna-se turgente. Duas armadilhas: $-400$ é maior que $-800$, que é o erro de sinal que inverte metade de todas as respostas; e a água pura é o máximo em 0, então toda solução é negativa e o potencial hídrico nunca pode subir acima de zero.

Uma xerófita 旱生植物 é uma planta adaptada 适应 a viver onde a água é escassa. Suas folhas reduzem a perda de água por transpiração de várias maneiras: uma cutícula cerosa espessa 角质层, estômatos afundados em cavidades, pelos que aprisionam ar úmido e folhas que podem se enrolar. Você deve ser capaz de desenhar uma secção foliar rotulada mostrando essas características.

Assimilados como sacarose 蔗糖 e aminoácidos 氨基酸 são transportados no floema de uma fonte 源 para um sumidouro 库.

• uma fonte é onde o assimilado é produzido ou liberado (por exemplo, uma folha fotossintetizante).
• um sumidouro é onde ele é usado ou armazenado (por exemplo, uma raiz em crescimento).

Carregamento na fonte

Células companheiras carregam sacarose nos tubos peneirados contra seu gradiente de concentração. Elas usam bombas de prótons 质子泵 para bombear íons de hidrogênio para fora, depois proteínas cotransportadoras 协同运输蛋白 trazem a sacarose de volta junto com esses íons. Esta é uma forma de transporte ativo 主动运输.

O carregamento de sacarose reduz o potencial hídrico 水势 dentro do tubo peneirado, então a água segue por osmose. Isso eleva a pressão hidrostática 静水压 ali.

Fluxo maciço

No sumidouro, a sacarose é removida, então o potencial hídrico aumenta, a água sai e a pressão cai. O resultado é uma diferença de pressão entre a fonte (alta) e o sumidouro (baixa). A seiva flui de alta para baixa pressão ao longo desse gradiente. Esse fluxo impulsionado por pressão é chamado de fluxo maciço 集流.

• Indique o tecido para cada direção: xilema transporta água para cima (morto, lignificado), floema transporta assimilados em ambas as direções (tubos peneirados vivos + células companheiras).
• Explique o movimento da água pela coesão-tensão: a transpiração puxa uma coluna de água contínua mantida pela coesão (ligações H) e aderência.
• Liste os fatores que afetam a taxa de transpiração (luz, temperatura, umidade, movimento do ar) e como um potômetro mede a absorção.
• Para xerófitas, relacione cada adaptação (cutícula espessa, estômatos afundados, folhas enroladas, pelos) à redução da perda de água.

Mamíferos têm uma circulação dupla fechada. "Fechada" significa que o sangue permanece dentro dos vasos sanguíneos 血管 o tempo todo. "Dupla" significa que o sangue passa pelo coração 心脏 duas vezes para cada volta completa pelo corpo. Isso resulta em dois laços interligados, por isso chamamos de circulação dupla 双循环 e o sistema inteiro de sistema circulatório 循环系统:

• a circulação pulmonar 肺循环 transporta sangue do coração aos pulmões e de volta.
• a circulação sistêmica 体循环 transporta sangue do coração para o resto do corpo e de volta.

O sangue viaja nesta ordem: artérias 动脉 → arteríolas 小动脉 → capilares 毛细血管 → venulas 小静脉 → veias 静脉.

Os principais vasos são:

• a artéria pulmonar 肺动脉 — transporta sangue pobre em oxigênio 氧气 do coração para os pulmões.
• a veia pulmonar 肺静脉 — transporta sangue rico em oxigênio dos pulmões de volta ao coração.
• a aorta 主动脉 — a grande artéria que transporta sangue rico em oxigênio do coração para o corpo.
• a cava 腔静脉 — a grande veia que retorna sangue pobre em oxigênio do corpo para o coração.

Como os vasos se adaptam às suas funções

Células sanguíneas

Você deve reconhecer: glóbulos vermelhos 红细胞 (que transportam oxigênio), e três glóbulos brancos — monócitos 单核细胞, neutrófilos 中性粒细胞 e linfócitos 淋巴细胞.

Água, plasma e fluido tecidual

A água é a parte principal do sangue. É um bom solvente 溶剂, então transporta substâncias dissolvidas, e possui alta calor específico 比热容, assim a temperatura do sangue permanece estável.

No início de um capilar, a alta pressão do sangue empurra líquido (mas não as células ou proteínas grandes) para fora do plasma 血浆 e através da parede do capilar. Este líquido ao redor das células é o fluido tecidual 组织液. Ele fornece oxigênio e glicose às células e remove resíduos. A maior parte retorna ao capilar na extremidade distante, onde a pressão é menor.

Transportando oxigênio

O oxigênio é transportado pela hemoglobina 血红蛋白 nas hemácias. Mostramos como a hemoglobina retém o oxigênio por meio da curva de dissociação do oxigênio 氧解离曲线. Este gráfico em forma de S plota a saturação 饱和度 (o quão cheia de oxigênio está a hemoglobina) contra a pressão parcial 分压 do oxigênio:

• onde a pressão parcial do oxigênio é alta (nos pulmões), a hemoglobina carrega oxigênio e fica quase totalmente saturada.
• onde é baixa (nos tecidos respiradores), a hemoglobina libera seu oxigênio para as células usarem.

O deslocamento de Bohr

Quando os tecidos estão muito ativos, liberam mais dióxido de carbono 二氧化碳, o que diminui o pH. Isso faz com que a hemoglobina libere oxigênio mais facilmente, deslocando a curva para a direita. Essa mudança benéfica é o deslocamento de Bohr 波尔位移: o oxigênio é cedido exatamente onde é mais necessário.

Transportando dióxido de carbono

Um pouco de dióxido de carbono dissolve diretamente no plasma, mas a maior parte é transportada após uma reação dentro das hemácias:

1. a enzima 酶 anidrase carbônica 碳酸酐酶 acelera a reação do dióxido de carbono com a água para formar ácido carbônico.
2. o ácido carbônico se divide em íons hidrogênio e íons bicarbonato 碳酸氢根离子.
3. os íons bicarbonato saem para o plasma. Esta é a principal forma como o dióxido de carbono é transportado.
4. para manter o equilíbrio de carga, íons cloreto 氯离子 entram nas hemácias. Esse movimento é o deslocamento de cloreto 氯转移.
5. os íons hidrogênio se ligam à hemoglobina para formar ácido hemoglobínico 血红蛋白酸; isso absorve os íons hidrogênio e mantém o pH estável.

Alguns dióxido de carbono também se liga diretamente à hemoglobina para formar carbamohemoglobina 氨甲酰血红蛋白.

Exemplo resolvido. Nos pulmões, a pressão parcial do oxigênio é cerca de $12\ \text{kPa}$ e a hemoglobina está cerca de 98% saturada; em um músculo em exercício, é cerca de $3\ \text{kPa}$ e a saturação cai para cerca de 40%. Quanto oxigênio é liberado e por que a curva tem formato de S? Subtraia as saturações: $98 - 40 =$ 58% do oxigênio da hemoglobina é liberado no músculo. A forma em S vem da ligação cooperativa - o primeiro oxigênio a se ligar muda a forma da hemoglobina para que os seguintes se liguem mais facilmente, é por isso que o meio da curva é tão íngreme. Essa inclinação é o ponto: uma pequena queda na pressão parcial em um tecido respirador causa uma grande liberação de oxigênio. O dióxido de carbono extra em um músculo em exercício diminui o pH e desloca a curva para a direita, então ainda mais é liberado na mesma pressão parcial - esse é o deslocamento de Bohr fazendo seu trabalho.

Estrutura

O coração tem quatro câmaras. As duas câmaras superiores são os átrios 心房 (singular: átrio); eles têm paredes finas porque apenas empurram o sangue para baixo nas câmaras abaixo. As duas câmaras inferiores são os ventrículos 心室; eles têm paredes musculares espessas porque bombearam o sangue para fora do coração.

A parede do ventrículo esquerdo é mais espessa que a do ventrículo direito, porque o lado esquerdo precisa bombear o sangue por todo o corpo, enquanto o lado direito apenas bomba para os pulmões próximos.

O ciclo cardíaco

Um batimento cardíaco é o ciclo cardíaco 心动周期. Ele tem duas partes: sístole 收缩期 (quando o músculo cardíaco contrai) e diástole 舒张期 (quando relaxa e enche). Quando uma câmara se contrai, a pressão interna aumenta; essa mudança de pressão abre e fecha as válvulas para que o sangue flua apenas em uma direção.

Controlando o batimento cardíaco

O coração define seu próprio ritmo:

• o nó sinoatrial 窦房结 no átrio direito é o marcapasso. Ele envia uma onda de excitação elétrica que se espalha pelos átrios e os faz contrair.
• o nó atrioventricular 房室结 capta a onda, segura-a por um momento (para que os átrios esvaziem primeiro), depois a transmite adiante.
• o tecido de Purkinje 浦肯野组织 leva a onda para baixo e através das paredes do ventrículo, para que os ventrículos contraiam de baixo para cima e empurrem o sangue para fora.

• Rastreie a circulação dupla e nomeie as câmaras, válvulas e vasos; a parede do ventrículo esquerdo é mais espessa (bombeia mais longe com maior pressão).
• Leia o gráfico de pressão do ciclo cardíaco: uma válvula se abre/fecha quando as pressões através dela se cruzam.
• Explique a curva de dissociação do oxigênio (em forma de S) e o deslocamento de Bohr (mais CO2 a desloca para a direita, liberando mais O2 para o tecido ativo).
• A maior parte do CO2 é transportada como hidrogenocarbonato (via deslocamento do cloreto).

Seu corpo precisa captar oxigênio e eliminar dióxido de carbono. Essa troca acontece no sistema de troca gasosa 气体交换. O ar segue este caminho para dentro do corpo:

• pela traqueia 气管 (o tubo brônquico,
• para dois brônquios 支气管 (um para cada pulmão),
• para muitos bronquíolos 细支气管 menores,
• e finalmente em pequenos sacos de ar chamados alvéolos 肺泡, profundamente nos pulmões 肺.

Cada alvéolo é envolto por uma rede de capilares 毛细血管, trazendo ar e sangue muito próximos uns dos outros.

Os cílios, células caliciformes e glândulas mucosas trabalham juntos para manter os pulmões limpos e saudáveis: o muco aprisiona sujeira e micróbios, e os cílios o levam embora para ser engolido.