De célula a sistema
Uma célula tornou-se muitas; muitas células tornaram-se tecidos, órgãos e sistemas; e cada sistema cumpre as mesmas três funções — captar o que o corpo precisa, transportá-lo para onde é utilizado e eliminar o que o corpo não deve manter. Esta seção é o cerne da Biologia IGCSE: células e moléculas, como substâncias atravessam membranas, nutrição em plantas e humanos, respiração, troca gasosa, transporte, excreção e coordenação.
Biologia International GCSE Edexcel 4BI1, Seção 2 (afirmações 2.1–2.95) é a maior parte do curso e alimenta todas as questões longas em ambas as provas. As afirmações com sufixo B são a extensão de ciências separadas (apenas Biologia); alunos de dupla premiação aprendem o núcleo sem letras.
Organização e células
A organização ocorre de baixo para cima: organelas → células → tecidos → órgãos → sistemas.
| Estrutura | Função |
|---|---|
| Núcleo | contém DNA, controla a célula |
| Citoplasma | onde ocorrem as reações |
| Membrana plasmática | controla o que entra e sai |
| Parede celular (plantas) | resistência (celulose) |
| Mitocondria | libera energia na respiração |
| Cloroplastos (plantas) | absorvem luz para a fotossíntese |
| Ribossomos | síntese de proteínas |
| Vacúolo | armazena água e substâncias dissolvidas (grande e permanente em plantas) |
2.5B Células especializadas se desenvolvem por diferenciação celular; 2.6B células-tronco podem substituir células danificadas — vantagens: tratar condições como paralisia ou leucemia; desvantagens: preocupações éticas sobre embriões, risco de rejeição e divisão descontrolada.
Moléculas biológicas e enzimas
Carboidratos contêm C, H, O; proteínas adicionam N; lipídios são C, H, O com muito menos oxigênio. Grandes moléculas são cadeias de unidades pequenas: amido e glicogênio a partir de açúcares simples, proteína a partir de aminoácidos, lipídio a partir de ácidos graxos e glicerol. 2.9 Testes alimentares: glicose — Benedict (aquecido, azul → vermelho-tijolo); amido — iodo (amarelo-marrom → azul-negro); proteína — Biuret (azul → roxo); gordura — emulsão etanólica (camada branca turva).
Enzimas são catalisadores biológicos: aceleram reações metabólicas sem serem consumidas. Cada uma tem um sítio ativo ao qual o substrato deve se encaixar. Acima da temperatura ideal ou fora do pH ideal, o sítio ativo muda de forma (denaturação) e a enzima deixa de funcionar. Prático 2.12/2.14B segue a amilase digerindo amido em diferentes temperaturas ou pH com iodo.
Movimento para dentro e fora das células
Difusão é o movimento líquido de partículas de maior para menor concentração (oxigênio no sangue). Osmose é a difusão de água através de uma membrana semipermeável de solução diluída para mais concentrada. Transporte ativo move substâncias contra o gradiente usando energia da respiração (íons minerais nas células do pelos radiculares). A taxa aumenta com a razão superfície-volume, gradiente de concentração e temperatura, e diminui com a distância.
Nutrição
Plantas com flores. A fotossíntese converte energia luminosa em energia química armazenada na glicose:
Fatores limitantes: concentração de dióxido de carbono, intensidade da luz, temperatura — cada um eleva a taxa até outro fator limitar. Íons magnésio constroem clorofila (deficiência amarela as folhas); íons nitrato constroem aminoácidos. 2.23: elodea mostra evolução de oxigênio; teste de iodo verifica amido em uma folha após bloquear luz, CO₂ ou clorofila.
Ser humano. Uma dieta equilibrada: carboidrato, proteína, lipídio, vitaminas A (visão noturna), C (tecido conjuntivo), D (absorção de cálcio), cálcio (ossos) e ferro (hemoglobina), água e fibras dietéticas. As necessidades energéticas aumentam com a atividade, crescimento (idade) e gravidez. O trato alimentar — boca → esôfago → estômago → duodeno e íleo → cólon e reto, com o pâncreas fornecendo enzimas — move os alimentos por peristalse. Digestão: amilase e maltase (amido → glicose), proteases (proteína → aminoácidos), lipases (lipídio → ácidos graxos + glicerol). Bile (produzida no fígado, armazenada na vesícula biliar) neutraliza o ácido estomacal e emulsiona lipídios em gotículas. A parede do íleo é dobrada em vilosidades: enorme área de superfície, paredes de uma célula de espessura, rede densa de capilares — construídas para absorção.
Respiração e troca gasosa
A respiração libera energia da glicose para produzir ATP, que fornece energia para contração muscular, síntese de proteínas e transporte ativo. Aeróbico: glicose + oxigênio → dióxido de carbono + água (equação simbólica: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O). Anaeróbico (sem oxigênio): em animais glicose → ácido lático (menos energia, dívida de oxigênio); em plantas e leveduras glicose → etanol + dióxido de carbono.
Plantas (2.40B–2.45B). Os gases movem-se por difusão através dos estômatos; a forma plana da folha, os espaços aéreos e as superfícies finas e úmidas facilitam a troca gasosa, assim como a fotossíntese. Durante o dia, a fotossíntese supera a respiração, resultando em troca líquida de entrada de CO₂ e saída de O₂; à noite, apenas a respiração ocorre (entrada líquida de O₂ e saída de CO₂). O indicador hidrogenocarbonato demonstra isso: laranja → amarelo com CO₂ (escuro), laranja → roxo com menos CO₂ (luz forte).
Seres humanos (2.46–2.50). Tórax: costelas, músculos intercostais, diafragma, traqueia → brônquios → bronquíolos → alvéolos, todos envolvidos por membranas pleurais. Inspiração: contração dos músculos intercostais e do diafragma aumenta o volume torácico, reduz a pressão e permite a entrada de ar. O tabagismo danifica os alvéolos (enfisema), obstrui artérias e eleva o risco de doença coronariana.
Transporte
Organismos unicelulares dependem apenas da difusão — todas as partes estão próximas da superfície. Organismos multicelulares necessitam de sistemas de transporte.
Plantas. Xilema transporta água e íons minerais das raízes às folhas; floema leva sacarose e aminoácidos entre as folhas e o restante da planta. B-extensão: células pilíferas absorvem água por osmose; transpiração é a evaporação de água das superfícies, principalmente via estômatos, mais rápida em baixa umidade, vento forte, alta temperatura e luz intensa.
Seres humanos. Sangue: plasma (transporta CO₂, nutrientes digeridos, ureia, hormônios e calor), glóbulos vermelhos (discos bicôncavos, sem núcleo, cheios de hemoglobina — grande área de superfície e curta distância de difusão para o oxigênio), glóbulos brancos (fagócitos ingerem patógenos; linfócitos liberam anticorpos específicos) e plaquetas (coagulação, B-extensão; vacinação constrói células de memória, B-extensão).
O lado direito do coração bombeia sangue aos pulmões, o esquerdo ao corpo; exercício físico e adrenalina aumentam a frequência cardíaca. Artérias transportam sangue sob alta pressão (paredes grossas e elásticas), veias retornam sob baixa pressão (lúmen largo, válvulas), capilares realizam trocas materiais (paredes de uma célula de espessura). Fatores de risco para doença coronariana incluem tabagismo, dieta rica em gorduras e falta de exercícios.
Excreção
Plantas eliminam resíduos de O₂ e CO₂ através dos estômatos. Seres humanos excretam CO₂ (pulmões), ureia + água + íons (rins — água e ureia também no suor). B-extensão: o rim filtra o sangue nos nefrons (cápsula de Bowman → glomérulo; ultrafiltração; reabsorção seletiva de toda a glicose no túbulo contornado proximal; reabsorção de água no ducto coletor sob ação de ADH — osmorregulação). A urina contém água, ureia e íons; o sistema urinário percorre rins → ureteres → bexiga → uretra.
Coordenação e resposta
Homeostase mantém o ambiente interno constante (teor de água, temperatura). Uma resposta coordenada exige estímulo → receptor → efetor. Plantas respondem à luz (fototropismo) e à gravidade (geotropismo) — caules crescem em direção à luz, raízes para baixo — controlados por auxina acumulada no lado sombreado do caule.
Controle nervoso é elétrico, rápido e de curta duração; controle hormonal é químico no sangue, mais lento e de longa duração. O SNC (cérebro e medula espinhal) conecta-se aos órgãos sensoriais por nervos; numa sinapse, um neurotransmissor passa o sinal entre neurônios.
O olho foca alterando a curvatura da lente (perto: mais curvo) e responde à luz pela pupila. Controle térmico cutâneo: suor resfria por evaporação; vasodilatação perde calor; vasoconstrição conserva calor. Hormônios: adrenalina (glandulas suprarrenais — luta ou fuga), insulina (pâncreas — reduz glicemia), testosterona (testículos), progesterona e estrógeno (ovários); B-extensão inclui ADH (hipófise), FSH e LH (hipófise — ciclo menstrual).
Verifique você mesmo
- Ordene por tamanho: célula, órgão, organela, sistema, tecido.
- Cite duas estruturas que uma célula vegetal possui e uma animal não tem, e uma que a célula animal possui e a maioria das vegetais não tem.
- Nomeie as unidades pequenas que formam proteínas, amido e lipídios.
- Descreva as mudanças de cor nos testes de Benedict, iodo e Biuret.
- Por que aquecer uma enzima muito acima do seu ponto ótimo interrompe sua função?
- Diferencie difusão, osmose e transporte ativo em uma frase cada.
- Escreva a equação simbólica balanceada para fotossíntese e respiração aeróbica.
- Cite duas adaptações da folha para a fotossíntese e duas do alvéolo para as trocas gasosas.
- Por que um organismo unicelular pode sobreviver sem sistema de transporte?
- Compare artérias, veias e capilares quanto à espessura da parede, tamanho do lúmen e função.
- Descreva o que ocorre com glicose, água e ureia conforme o líquido percorre o nefron (B).
- Enuncie a via de um arco reflexo e dê uma vantagem dos reflexos.
Respostas: 1 organela → célula → tecido → órgão → sistema; 2 parede de celulose e cloroplastos (e uma grande vacúolo permanente); células animais contêm muitas mitocôndrias; 3 aminoácidos; açúcares simples; ácidos graxos e glicerol; 4 Benedict azul → vermelho tijolo (com glicose, aquecido); iodo amarelo-marrom → azul-negro (com amido); Biuret azul → roxo (com proteína); 5 o sítio ativo muda de forma (denaturação), então o substrato não se encaixa mais; 6 difusão — movimento líquido a favor de um gradiente de concentração; osmose — apenas água, através de membrana semipermeável; transporte ativo — contra o gradiente, usando energia; 7 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (luz, clorofila); C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O; 8 folha: superfície larga e plana e células paliçádicas repletas de cloroplastos (ou espaços aéreos/estômatos); alvéolo: paredes de uma única camada de células e enorme área superficial (superfície úmida, rede capilar); 9 sua área superficial é grande comparada ao volume, permitindo que a difusão atinja todas as partes rapidamente; 10 artérias — paredes musculares grossas, lúmen estreito, levam sangue para fora sob alta pressão; veias — paredes finas, lúmen largo, válvulas, retornam sangue sob baixa pressão; capilares — paredes de uma única camada de células, trocam materiais; 11 (B) toda a glicose é reabsorvida seletivamente no sangue no túbulo contornado proximal; água é reabsorvida do ducto coletor (controlada por ADH); ureia não é reabsorvida e sai na urina com água e íons; 12 estímulo → receptor → neurônio sensitivo → neurônio de associação (SNC) → neurônio motor → efetor; reflexos são rápidos e automáticos, protegendo o corpo antes que danos ocorram.