Em formação

Quanta energia obtemos do oxigênio?


Durante a respiração de um dia inteiro, quantas kcal ou watts obtemos do oxigênio que respiramos?


Eu sei que você já escolheu uma resposta, mas encontrei uma alternativa para você. Em média, uma pessoa consome 550 litros de oxigênio por dia. Agora, nosso corpo pode queimar carboidratos, gorduras ou proteínas para produzir energia. Cada litro de oxigênio pode produzir 5,04 kcal se queimar carboidratos, 4,68 kcal se queimar gorduras ou 4,48 kcal se queimar proteínas (referência). Dito isto, se eu considerar que todos os 550 litros foram usados ​​para queimar carboidratos, um total de 550 x 5,04 kcal será produzido, o que é 2.780 kcal.


Esta pergunta não tem resposta.

Considere isto. Faça uma boa fogueira. Está quente e quentinho. Quanta energia vem da madeira que você empilhou no fundo. É muito certo?

Agora, quanta energia vem do oxigênio que o fogo consumiu?

Sabemos que um incêndio precisa de três coisas para queimar: combustível, oxigênio e calor. Quanta energia vem do calor?

Quem cria um bebê, a mãe ou o pai? Obviamente, a mãe o carrega até o fim, mas a própria criação leva dois, interagindo.

Essas perguntas não têm respostas claras porque não há divisão natural a ser feita. Não podemos afirmar quanta energia vem do combustível ou quanta energia vem do oxigênio, porque não é o combustível nem o oxigênio que fornece a energia, mas a reação entre os dois.

Em geral, descobrimos que o oxigênio é mais acessível do que o combustível. Sempre podemos obter oxigênio do ar respirando, mas é preciso encontrar combustível oxidável (alimento). Como tal, achamos conveniente associar tudo da energia de reação ao combustível, para fins de escrituração. Mas isso é apenas contabilidade. Fazemos isso porque, se estamos com pouco oxigênio, só precisamos respirar um pouco mais. Se estamos com pouco combustível, temos que encontrar combustível (comida).


O oxigênio não fornece calorias (energia) ou watts (potência), da mesma forma que uma garrafa de água afirma que contém zero calorias. A energia é mantida dentro da glicose, ou outras macromoléculas que podem ser quebradas para fornecer elétrons que geram ATP ou outras moléculas semelhantes.


3.9: Energia em reações químicas

  • Contribuição de Suzanne Wakim e Mandeep Grewal
  • Professores (Biologia Molecular Celular e Ciências Vegetais) no Butte College

Essas velhas correntes de ferro emitem uma pequena quantidade de calor à medida que enferrujam. A ferrugem do ferro é um processo químico. Ocorre quando o ferro e o oxigênio passam por uma reação química semelhante à queima ou combustão. A reação química que ocorre quando algo queima, obviamente emite energia. Você pode sentir o calor e pode ser capaz de ver a luz das chamas. A oxidação do ferro é um processo muito mais lento, mas ainda emite energia. Acontece que ele libera energia tão lentamente que você não consegue detectar uma mudança na temperatura.

Figura ( PageIndex <1> ): Corrente enferrujada


A máquina de oxigênio

Crédito da foto: Clipart.com

Propósito

Para entender que os seres humanos (assim como outros animais) executam o processo de respiração porque precisamos de ar para respirar e porque o oxigênio é, em última análise, o combustível que permite que nossas células produzam energia a partir dos alimentos que comemos.

Contexto

O foco principal desta lição é revisar os fundamentos da respiração (respiração) e ensinar aos alunos a importância do oxigênio para o corpo humano. Para queimar alimentos para a liberação da energia armazenada neles, o oxigênio deve ser fornecido às células e o dióxido de carbono removido. Os pulmões absorvem oxigênio para a combustão dos alimentos e eliminam o dióxido de carbono produzido. Também é importante ressaltar aos alunos que a falta de oxigênio ou respirar oxigênio puro é prejudicial à saúde. Outro ponto focal desta lição é que a respiração é fundamental para nossa saúde e condicionamento físico geral. Na verdade, nosso corpo pode usar o oxigênio com mais eficiência se fizermos exercícios e comermos de maneira adequada.

Ao final do ensino fundamental, os alunos devem saber que, respirando, as pessoas absorvem o oxigênio de que precisam para viver. Este conhecimento básico permite que os alunos do ensino médio desenvolvam uma compreensão mais sofisticada de como a respiração funciona em termos de processos macroscópicos básicos (por exemplo, os principais órgãos envolvidos) e microscópicos (por exemplo, celulares) envolvidos com a respiração.

Ao final do ensino médio, os alunos devem saber que, para queimar alimentos para a liberação da energia armazenada neles, o oxigênio deve ser fornecido às células e o dióxido de carbono removido. Eles devem compreender os seguintes processos macroscópicos e microscópicos: pulmões absorvem oxigênio para a combustão dos alimentos e eliminam o dióxido de carbono produzido pela sistema urinário descarta as moléculas de resíduos dissolvidos o trato intestinal remove resíduos sólidos pele e pulmões livrar o corpo da energia térmica e do sistema circulatório move todas essas substâncias de ou para as células onde são necessárias ou produzidas, respondendo às mudanças nas demandas.

Quando os alunos fazem biologia no ensino médio, eles receberão instrução no processo de respiração celular (glicólise, ciclo de Krebs, cadeia de transporte de elétrons, etc.) que preencherá os detalhes de como exatamente a glicose dos alimentos é decomposta para produzir energia, ou ATP, portanto, não é necessário que os alunos tenham esse conhecimento detalhado no nível do ensino médio. Seria melhor se esta lição pudesse vir após uma discussão sobre o sistema circulatório.

Pesquisas mostram que alunos de até sete anos têm pouco conhecimento sobre o organismo humano, porém, aos nove ou dez anos, os alunos têm um aumento acentuado em seus conhecimentos. Especificamente em termos do sistema respiratório, os alunos do ensino fundamental podem não saber o que acontece com o ar depois de inalado, mas os alunos do ensino fundamental associam as atividades dos pulmões com a respiração e podem entender algo sobre a troca de gases nos pulmões e que o ar vai para todas as partes do corpo. (Referências de alfabetização científica, p. 345.)

Planejando à frente

Esta lição pode ser ministrada em dois ou três períodos de aula. Há um breve experimento realizado no Desenvolvimento onde os alunos devem acender uma vela. Em vez disso, você pode optar por fazer isso como uma demonstração; nesse caso, você só precisaria de uma vela, um fósforo e um copo ou jarro.

Motivação

Peça a um aluno que venha para a frente da classe para encher um balão. Ele / ela deve segurá-lo e permitir que esvazie. Em seguida, pergunte: & ldquoQue órgão do seu corpo é semelhante a um balão? & Rdquo (Os pulmões.)

Encaminhe os alunos para a folha de dados do aluno da Máquina de oxigênio, que os guiará para O mistério de Mallory e amp Irvine '24 no site da PBS. Depois que os alunos tiverem lido a história, discuta as perguntas feitas na folha (os alunos podem registrar suas respostas na folha do aluno A Máquina de Oxigênio). Use essas perguntas para fazer os alunos começarem a pensar sobre o oxigênio e o corpo. Não se preocupe tanto com as respostas certas ou erradas.

  • Qual parece ser o maior obstáculo que os escaladores enfrentaram ao escalar o Monte Everest?
    (A falta de oxigênio suficiente parece ser o maior obstáculo.)
  • A que se refere o & ldquoEnglish Air & rdquo na história? Por que os alpinistas o usaram?
    (O English Air é oxigênio armazenado em garrafas. Os alpinistas o usam para ajudar na respiração.)
  • Por que o corpo humano precisa de oxigênio?
    (O corpo humano precisa de oxigênio para que possa queimar alimentos para liberar a energia armazenada nele.)

Em seguida, projete a página introdutória do Exposure no site da PBS e leia as três perguntas neste site lentamente para os alunos para estimular seu pensamento sobre a respiração. Se você não conseguir projetar a página para toda a turma, copie as perguntas no quadro. Eles são:

  • O que acontece com seu corpo quando ele é exposto a altitudes extremas?
  • Como a falta de oxigênio afeta o cérebro?
  • Se houvesse uma montanha mais alta do que o Everest, os humanos seriam capazes de chegar ao cume?

Diga aos alunos que mantenham essas perguntas em mente ao longo desta lição.

Agora peça aos alunos que respondam a essas três perguntas sobre a respiração.

  • Que gás no ar é importante para a sobrevivência humana?
    (É oxigênio.)
  • Que gás (que é um produto residual) é exalado do corpo durante a respiração?
    (O dióxido de carbono é exalado do corpo.)
  • Que órgão funciona em conjunto com os pulmões?
    (O coração funciona em harmonia com os pulmões.)

Desenvolvimento

Para ajudar os alunos a compreender o conceito de respiração, reveja as seguintes informações com os alunos, que podem ser encontradas na folha do aluno.

& ldquoA respiração (respiração) é tão automática que raramente pensamos a respeito, a menos que sintamos que não está entrando ar suficiente em nossos corpos. O desenho na folha do aluno de Mecânica da Respiração ilustra as partes básicas do corpo envolvidas na respiração. A respiração é o processo que nos permite inspirar oxigênio e expirar dióxido de carbono. O oxigênio é então usado em nossas células como o combustível que transforma os alimentos que comemos em energia. & Rdquo

Os alunos passarão por uma série de recursos para aprender sobre: ​​o processo de respiração (mecânica básica), sua importância como combustível para nossas células e sua importância na saúde e na doença.

Mecânica Básica da Respiração
Usando a folha de cálculo, os alunos devem ir e ler a Mecânica da Respiração para aprender sobre o processo da respiração. Este recurso irá apresentá-los às estruturas e funções do sistema respiratório.

Quando os alunos terminarem, revise as informações na página discutindo estas questões:

  • Quais gases são trocados no processo de respiração?
    (Oxigênio e dióxido de carbono são trocados.)
  • Por que seria melhor inspirar pelo nariz do que pela boca?
    (A cavidade nasal possui estruturas que limpam e filtram o ar antes que ele alcance os pulmões.)
  • Quais são as quatro partes do seu sistema respiratório e o que elas fazem?
    (O nariz e a boca constituem a primeira parte por onde o ar entra em seu corpo. A traqueia, ou traqueia, é a segunda parte e leva ar para os pulmões. Seus pulmões são a terceira parte onde o oxigênio é absorvido pelo sangue, que traz para o resto do corpo. Finalmente, o diafragma é a quarta parte. Ele constitui a base da caixa torácica.)
  • O que acontece com o ar quando chega aos pulmões?
    (Ele flui para grandes tubos chamados brônquios e de lá para tubos menores e ramificados chamados bronquíolos. Os bronquíolos movem o ar para pequenos sacos aéreos chamados alvéolos, onde o oxigênio é separado do resto do ar e movido para pequenos vasos sanguíneos chamados capilares .)
  • Que parte do sangue transporta oxigênio para o resto do corpo?
    (A hemoglobina transporta oxigênio para o resto do corpo.)

Respiração como combustão para a produção de energia
Usando a folha de dados para orientá-los, os alunos devem ler Como o corpo usa O2 no site da PBS. Eles devem se concentrar nos itens 7 e 8, porque analisam como o oxigênio está envolvido na produção de energia, enquanto as outras informações analisam o processo de respiração. Este site discute a pressão atmosférica, que geralmente não é abordada em profundidade até a química do ensino médio, portanto, pode ser necessário definir isso para os alunos, se eles não estiverem familiarizados com ela.

Os alunos devem responder a estas perguntas:

  • Por que respiramos?
    (Respiramos porque o oxigênio é necessário para queimar o combustível [açúcares e ácidos graxos] em nossas células para produzir energia.)
  • O que acontece no processo de respiração?
    (O oxigênio é levado para os pulmões pela respiração, onde é transportado pelos glóbulos vermelhos para todo o corpo para ser usado na produção de energia. Assim que os glóbulos vermelhos retornam aos pulmões, o dióxido de carbono "queimado" é exalado).
  • Qual componente celular permite que o processo de combustão ocorra?
    (A estação de energia das células, chamada mitocôndria, processa o oxigênio para alimentar as células. Como parte do processo de combustão, o dióxido de carbono é liberado.)

A seguir, discuta o processo de combustão em termos de produção de energia por meio da respiração. Você pode usar as informações na planilha do professor A máquina de oxigênio para ajudá-lo nesta discussão. Continue a discussão com um experimento / demonstração simples:

Acenda uma vela e peça aos alunos que observem o comportamento do fogo por cinco minutos. Em seguida, coloque um copo ou uma jarra em cima para que o fogo acabe se apagando. Pergunte aos alunos o que acontecerá quando o copo for colocado em cima do fogo. Também pergunte aos alunos o que acontece com o vidro ou qualquer outra coisa que se aproxime da chama (fica quente devido à liberação de energia térmica).

Agora peça aos alunos que pensem novamente na comida como fonte de energia. Ajude-os a estabelecer um relacionamento. Comece destacando que o fogo é apenas uma forma de oxidação! A oxidação também ocorre em seu corpo: quando os carboidratos e gorduras em seu corpo se combinam com o oxigênio que você inala, eles produzem dióxido de carbono (CO2) e liberam energia, oxidação.

Para resumir esta parte da lição, permita que os alunos trabalhem em pequenos grupos para responder a esta pergunta: & ldquoQual é a relação entre respirar e comer? & Rdquo Os alunos devem explicar usando suas próprias palavras, um exemplo ou simplesmente desenhando um diagrama ou uma imagem para explicar o conceito. (Os alunos devem discutir a relação em termos de oxidação.)

A importância da respiração: saúde, boa forma e doença.
Usando a folha de dados para orientá-los, os alunos devem ler Hear the Experts no site da PBS e Guide to High Altitude: Aclimatization and Illnesses no site da Universidade de Princeton.

Depois que os alunos lerem as informações nos sites, revise as informações com eles. Você pode usar o texto da segunda parte da folha do professor para ajudar.

Para resumir e revisar esta parte da lição, os alunos devem responder a estas perguntas:

  • Que fatores afetam a quantidade de oxigênio de que seu corpo necessita?
    (Idade, sexo, peso, condicionamento físico e nível de atividade física realizada afetam a quantidade de oxigênio de que seu corpo necessita.)
  • O que acontece quando seu corpo não recebe oxigênio suficiente?
    (Fadiga, falta de concentração, desmaio, hiperventilação, confusão e possivelmente morte são todos os efeitos possíveis.)
  • Você consegue pensar em uma situação (seja uma atividade física ou um problema médico) em que você não receberia oxigênio suficiente?
    (Alguns exemplos incluem escalada, mergulho e um ataque de asma.)
  • Seu corpo reagiria de forma diferente se você subisse ao cume do Monte Everest (29.000 pés acima do nível do mar) por meio de um passeio de balão em vez de levar várias semanas para subir a montanha? Por que ou por que não?
    (Sim. Se você subir, está dando ao seu corpo várias semanas para se ajustar à diminuição contínua da pressão do oxigênio conforme você se afasta do nível do mar. No exemplo do balão, o corpo não tem tempo suficiente para fazer as mudanças necessárias para se adaptar aos níveis reduzidos de pressão de oxigênio, que podem levar à morte.)

Avaliação

Dê aos alunos aproximadamente 10 minutos para escrever um resumo de dois parágrafos do que aprenderam nesta lição. Peça a alguns voluntários para lerem o que aprenderam.

Para seu uso, aqui está um exemplo resumido:

& ldquoNós dependemos do ar para nossa sobrevivência. Mais especificamente, dependemos de oxigênio para respirar. Sem isso, morreríamos. No entanto, com isso, prosperamos. Oxigênio suficiente deve atingir as células minúsculas de nosso corpo para alimentá-las, dando-lhes a energia necessária para a vida.

Um corpo em forma pode absorver mais oxigênio. Um corpo que não está acima do peso também precisa de menos oxigênio. A boa forma combinada com uma dieta saudável e balanceada é o verdadeiro segredo de uma vida saudável! & Rdquo

Extensões

Você pode usar a atividade Fazendo Pulmões Engarrafados para estender esta lição.

Por que nós respiramos no site da Canadian Lung Association oferece uma revisão básica da respiração.

A pesquisa mostrou que a hiperóxia (muito oxigênio) e a hipóxia (muito pouco oxigênio) podem danificar nossas células, levando à superprodução de espécies reativas de oxigênio (ROS) ou radicais livres (derivados químicos de oxigênio que têm um elétron livre e por isso são muito instável e altamente reativo). Esses sites analisam informações sobre radicais livres, antioxidantes e exercícios:

Em termos de “muito oxigênio”, uma ótima atividade para os alunos seria pesquisar por que os mergulhadores não usam tanques de oxigênio puro.


Como o oxigênio entra nas células?

O oxigênio entra nas células passando pela membrana celular em um processo chamado difusão, que é um processo de transporte que não requer energia. A difusão é a forma como uma substância se move de uma área de alta concentração (o ambiente externo às células) para uma área de baixa concentração (dentro das células).

O processo de difusão requer uma membrana que tenha poros para permitir a passagem de gases e líquidos, também chamada de membrana semipermeável. Moléculas pequenas e simples, como oxigênio e dióxido de carbono, se difundem para dentro e para fora da célula passivamente. A célula está constantemente usando oxigênio em diferentes processos dentro da célula. Como resultado, a concentração de oxigênio é menor dentro da célula do que fora. O oxigênio se difunde para dentro da célula, em vez de sair dela. Em contraste, como a célula produz dióxido de carbono constantemente como um produto de processos celulares, a concentração de dióxido de carbono é mais alta na célula do que fora dela. Assim, ao contrário do oxigênio, o dióxido de carbono se difunde para fora da célula.

A água também é transportada através da membrana celular por meio de um tipo de difusão, chamado osmose. Como a célula tem muitas organelas e outras moléculas dentro dela, a água está em uma concentração mais baixa dentro da célula e o movimento líquido da água está para fora da célula.


Como nossos corpos transformam alimentos em energia

Todas as partes do corpo (músculos, cérebro, coração e fígado) precisam de energia para funcionar. Essa energia vem dos alimentos que comemos.

Nossos corpos digerem os alimentos que comemos misturando-os com fluidos (ácidos e enzimas) no estômago. Quando o estômago digere os alimentos, o carboidrato (açúcares e amidos) dos alimentos se decompõe em outro tipo de açúcar, chamado glicose.

O estômago e o intestino delgado absorvem a glicose e a liberam na corrente sanguínea. Uma vez na corrente sanguínea, a glicose pode ser usada imediatamente como energia ou armazenada em nosso corpo para ser usada posteriormente.

No entanto, nossos corpos precisam de insulina para usar ou armazenar glicose para energia. Sem insulina, a glicose permanece na corrente sanguínea, mantendo altos os níveis de açúcar no sangue.

Como o corpo produz insulina

A insulina é um hormônio produzido pelas células beta do pâncreas. As células beta são muito sensíveis à quantidade de glicose na corrente sanguínea. Normalmente, as células beta verificam o nível de glicose no sangue a cada poucos segundos e sentem quando precisam aumentar ou diminuir a quantidade de insulina que estão produzindo e liberando. Quando alguém come algo rico em carboidratos, como um pedaço de pão, o nível de glicose no sangue aumenta e as células beta fazem o pâncreas liberar mais insulina na corrente sanguínea.

A insulina abre as portas das celas

Quando a insulina é liberada do pâncreas, ela viaja pela corrente sanguínea até as células do corpo e diz às portas das células para se abrirem para deixar a glicose entrar. Uma vez dentro, as células convertem a glicose em energia para usar imediatamente ou armazenam para usar mais tarde .

À medida que a glicose passa da corrente sanguínea para as células, os níveis de açúcar no sangue começam a cair. As células beta do pâncreas podem dizer que isso está acontecendo, então diminuem a quantidade de insulina que estão produzindo. Ao mesmo tempo, o pâncreas diminui a quantidade de insulina que está liberando na corrente sanguínea. Quando isso acontece, a quantidade de glicose que entra nas células também diminui.

Equilibrar insulina e açúcar no sangue para obter energia

O aumento e a queda da insulina e do açúcar no sangue acontecem muitas vezes durante o dia e a noite. A quantidade de glicose e insulina em nossa corrente sanguínea depende de quando comemos e de quanto. Quando o corpo está funcionando como deveria, ele pode manter o açúcar no sangue em um nível normal, que está entre 70 e 120 miligramas por decilitro. No entanto, mesmo em pessoas sem diabetes, os níveis de açúcar no sangue podem subir até 180 durante ou logo após uma refeição. Duas horas depois de comer, os níveis de açúcar no sangue devem cair para menos de 140. Depois de várias horas sem comer, o açúcar no sangue pode cair para até 70.

Usar a glicose para obter energia e mantê-la equilibrada com a quantidade certa de insulina - nem muito nem pouco - é a maneira como nosso corpo mantém a energia necessária para permanecer vivo, trabalhar, brincar e funcionar mesmo enquanto dormimos.

A insulina ajuda nossos corpos a armazenar glicose extra

A insulina ajuda nossas células a converter glicose em energia e ajuda nosso corpo a armazenar glicose extra para uso posterior. Por exemplo, se você fizer uma refeição farta e seu corpo não precisar de tanta glicose imediatamente, a insulina ajudará seu corpo a armazená-la para convertê-la em energia mais tarde.

A insulina faz isso transformando o alimento extra em pacotes maiores de glicose chamados glicogênio. O glicogênio é armazenado no fígado e nos músculos.

A insulina também ajuda nosso corpo a armazenar gordura e proteína. Quase todas as células do corpo precisam de proteínas para funcionar e crescer. O corpo precisa de gordura para proteger os nervos e produzir vários hormônios importantes. A gordura também pode ser usada pelo corpo como fonte de energia.

Como o diabetes muda a maneira como isso funciona

Com o diabetes, o corpo parou de produzir insulina, diminuiu a quantidade de insulina que está produzindo ou não é mais capaz de usar sua própria insulina muito bem. Quando isso acontece, pode levar a várias coisas.

Por exemplo, a glicose não pode entrar nas células onde é necessária, então a quantidade de glicose na corrente sanguínea continua a aumentar. Isso é chamado de hiperglicemia (alto nível de açúcar no sangue).

Quando os níveis de açúcar no sangue chegam a 180 ou mais, os rins tentam se livrar do açúcar extra pela urina. Isso faz com que a pessoa urine mais do que o normal. Também faz a pessoa sentir mais sede por causa da água que está perdendo ao urinar muito.

Quando uma pessoa perde açúcar na urina, é o mesmo que perder energia porque o açúcar não está disponível para as células usarem ou armazenar. Quando isso acontece, a pessoa pode se sentir cansada, perder peso e sentir fome o tempo todo.

Outros problemas causados ​​por níveis elevados de açúcar no sangue incluem visão embaçada e infecções ou ferimentos na pele que não cicatrizam. As mulheres podem ter infecções vaginais por fungos com mais freqüência.

Quando o corpo não tem insulina suficiente para ajudar a converter o açúcar em energia, geralmente começa a queimar gordura corporal. Parece que pode funcionar bem, mas queimar muita gordura para produzir energia produz um subproduto chamado cetonas. Níveis elevados de cetonas podem levar a uma condição chamada cetoacidose diabética (CAD), que pode ser fatal se não for tratada rapidamente. A CAD é mais comum no diabetes tipo 1 porque o corpo parou de produzir insulina.

Mantenha os níveis de açúcar no sangue sob controle

Para uma pessoa com diabetes, o foco principal do tratamento é controlar a quantidade de glicose no corpo para que os níveis de açúcar no sangue fiquem o mais próximo possível do normal.

Pessoas com diabetes tipo 1 precisam de injeções de insulina como parte de seu plano de tratamento para controlar os níveis de açúcar no sangue. Algumas pessoas com diabetes tipo 2 podem controlar os níveis de açúcar no sangue com uma dieta saudável e exercícios. No entanto, muitas pessoas com diabetes tipo 2 precisarão incluir pílulas para diabetes, injeções de insulina ou ambos em seus planos de tratamento para diabetes.

Pessoas com diabetes tipo 1 ou 2 precisam prestar muita atenção em como os níveis de açúcar no sangue mudam em vários momentos ao longo do dia, a fim de mantê-los o mais próximo possível do normal. Quando os níveis de açúcar no sangue estão próximos do normal, isso significa que o corpo está obtendo a energia de que precisa para trabalhar, se divertir, se curar e se manter saudável.


Energia elástica

Na física, a energia elástica se refere à energia liberada quando uma mola se alonga. Quando uma mola é comprimida, ela armazena energia que pode ser usada posteriormente, neste ponto a mola contém energia potencial elástica. [2] Liberar a mola ou alongá-la libera a energia elástica, permitindo que a mola se mova. A liberação da mola não requer nenhum trabalho, pois a energia elástica utilizada é a mesma que a energia potencial elástica que é armazenada quando a mola é comprimida. [2] Neste exemplo, o trabalho feito na mola acontece quando alguém a comprime. Alternativamente, se alguém separasse uma mola e a segurasse, a mola conteria energia elástica até ser liberada. Ao liberar a mola, ela volta a se encaixar, utilizando a energia elástica que estava armazenada anteriormente. [2] As patas traseiras do canguru funcionam como molas, comprimindo e alongando, armazenando e liberando energia elástica no processo. [1] No exemplo do canguru, entretanto, o canguru não precisa fazer trabalho para alongar as molas que são suas patas traseiras - a gravidade cuida disso.

Os cangurus têm longas patas traseiras que os tornam fáceis de avistar na natureza. Ao observar mais de perto a composição musculoesquelética dessas patas traseiras, notamos características únicas tanto dos tendões quanto dos músculos. Um canguru tem tendões extremamente longos em suas pernas traseiras que sofrem mudanças drásticas de comprimento quando o canguru está esperando. Agindo como molas, os tendões se alongam sob o peso do canguru e, embora alongados, contêm energia elástica. [1] Os músculos das pernas de um canguru são impressionantemente fortes e rígidos, permitindo que eles lidem com o alongamento dos tendões. Um estudo realizado em animais revelou que seus tendões podem armazenar até dez vezes mais energia que seus músculos. [1] Toda essa energia armazenada é liberada quando o canguru empurra para cima e o tendão se contrai novamente. Embora os músculos das pernas de um canguru ainda trabalhem para ajudá-los a pular, grande parte da energia que eles usam vem dos tendões. [1] Ao contrário dos músculos, os tendões não se cansam e não precisam de oxigênio para funcionar.


Cloroplastos, as unidades fotossintéticas das plantas verdes

O processo de fotossíntese da planta ocorre inteiramente dentro dos cloroplastos. Estudos detalhados sobre o papel dessas organelas datam do trabalho do bioquímico britânico Robert Hill. Por volta de 1940, Hill descobriu que partículas verdes obtidas de células quebradas podiam produzir oxigênio da água na presença de luz e de um composto químico, como o oxalato férrico, capaz de servir como aceptor de elétrons. Este processo é conhecido como reação de Hill. Durante a década de 1950, Daniel Arnon e outros bioquímicos americanos prepararam fragmentos de células vegetais nos quais ocorria não apenas a reação de Hill, mas também a síntese do composto de armazenamento de energia ATP. Além disso, a coenzima NADP foi usada como o aceptor final de elétrons, substituindo os aceptores de elétrons não fisiológicos usados ​​por Hill. Seus procedimentos foram refinados ainda mais para que pequenos pedaços individuais de membranas de cloroplasto isoladas, ou lamelas, pudessem realizar a reação de Hill. Esses pequenos pedaços de lamelas foram então fragmentados em pedaços tão pequenos que realizaram apenas as reações de luz do processo fotossintético. Agora também é possível isolar todo o cloroplasto para que ele realize todo o processo de fotossíntese, desde a absorção de luz, formação de oxigênio e redução do dióxido de carbono até a formação de glicose e outros produtos.


Quanta energia obtemos do oxigênio? - Biologia

A resposta curta é que oxigênio é tóxico para alguns organismos, mas muitos organismos não podem viver sem ele. Outros não precisam disso, mas podem viver com isso. Esta é a história mais longa:

Quase todos nós, animais, somos aeróbios, significa que precisamos de oxigênio (“aero” = oxigênio). Quando não temos o suficiente, ainda podemos obter um pouco de energia de nossa comida. Nós fazemos ácido lático (pense nos músculos doloridos) como um subproduto quando fazemos isso. Mas não é muito eficiente. Nós só obtemos uma fração da energia que poderíamos colher dos alimentos se tivermos oxigênio. (Você estudou ATP? Respiração aeróbica nos dá cerca de 34 ATP por molécula de glicose. A respiração aeróbica nos dá 2 ATP por unidade de glicose). Em alguns minutos sem oxigênio, desmaiamos e morremos.

Nem todos os seres vivos precisam de oxigênio. Anaeróbico ("sem oxigênio") as bactérias vivem em lugares como a lama, em águas profundas e até mesmo dentro de nossos próprios intestinos, onde nos ajudam a decompor nossa comida em nível químico.

Os organismos prejudicados pelo oxigênio são chamados de anaeróbios obrigatórios. “Obrigar” vem da mesma palavra que obrigação, o que significa que não há escolha. Eles variam em quanto oxigênio é necessário para matá-los. O ar ao nosso redor contém cerca de 20% de oxigênio. Alguns podem sobreviver se o nível de oxigênio for menor do que isso. Um grupo de anaeróbios obrigatórios bem conhecidos é o Clostridium, a bactéria que causa a paralisação dos alimentos, pois os alimentos enlatados estão presentes. Se a temperatura da lata não for alta o suficiente para matá-los, eles se desenvolvem nas latas, se multiplicando e produzindo toxinas.

Organismos que podem tolerar oxigênio, mas não o usam, são chamados de "aerotolerantes". A bactéria em nossa boca que causa a cárie dentária, Streptococcus mutans, se enquadram neste grupo. Isso faz sentido. Obviamente, sua boca está cheia de oxigênio se estiver aberta, mas deixar sua boca aberta não impede as cáries. Quando você está respirando pelo nariz com a boca fechada, os níveis de oxigênio podem ficar muito baixos, mas isso também não os matará.

“Aeróbios facultativos” podem usar oxigênio se estiver por perto, mas eles não precisam dele. Fermento são um bom exemplo disso. Se eles têm oxigênio, eles o absorvem e liberam dióxido de carbono. Se você os prender na massa ou em recipientes nos quais o ar não pode entrar, eles fermentam, produzindo álcool e dióxido de carbono. Esta é a chave para fazer o pão crescer ou fazer vinho e cerveja. A bactéria que faz o iogurte (Lactobacillus) também são anaeróbios facultativos. Eles fazem o ácido láctico que dá ao iogurte seu sabor azedo.

Kombuchá é uma bebida que existe há séculos, mas está se tornando muito popular nos Estados Unidos. Tanto fungos quanto bactérias são usados ​​para fazê-lo. Nunca tentei, mas pesquisei como é feito. As pessoas cobrem o frasco com os ingredientes, fungos e bactérias em recipientes abertos com apenas um pano por cima, para que o ar possa entrar. Depois de um tempo, uma espécie de “pele” de bactérias e fungos cobre o líquido, mantendo o oxigênio de fora. Então, você acha que os organismos envolvidos na fabricação do kombuchá são anaeróbios obrigatórios, aerotolerantes ou anaeróbios facultativos? Pense nisso antes de pesquisar.

Eu vi sua pergunta sobre o efeito do oxigênio em bactérias, vírus e fungos. Estou muito feliz que você fez esta pergunta porque é um ótimo exemplo para ilustrar que a biologia é mais complexa do que a maioria das pessoas aprecia. Você percebeu isso e está fazendo a pergunta certa!

Em essência, nem todas as bactérias (ou fungos) são iguais.

Existem algumas espécies de bactérias (e alguns fungos) que evoluíram para ser "anaeróbico" - isto é, eles crescem melhor em ambientes com pouco ou mesmo nenhum oxigênio. Alguns deles são considerados "obrigam" os anaeróbios - o oxigênio os envenena e eles morrem. Outros são "facultativo" e pode crescer com ou sem oxigênio. Se puderem, eles usarão oxigênio e farão respiração aeróbica - esse tipo de metabolismo gera mais ATP do que a respiração anaeróbica. É um pouco complicado entrar em detalhes aqui sobre esses aspectos da respiração e do metabolismo, mas você pode investigar mais por conta própria em qualquer livro-texto de Biologia da faculdade de nível introdutório e também on-line (o site Wiki para "anaeróbios obrigatórios" é bem-feito).

Algumas bactérias anaeróbias interessantes do ponto de vista da saúde humana incluem Prevotella, Actinomyces, Bacteroides, Clostridium, Fusobacterium, Peptostreptococcus. (Há mais).

Se você tivesse uma ferida infectada com bactérias anaeróbicas, o oxigênio poderia realmente ajudar. Você pode ter ouvido falar sobre ferida desbridamento e tratamento com oxigênio para ajudar na cicatrização de feridas, e isso é parte disso (além de apenas fornecer às células humanas em crescimento oxigênio "fácil" para que possam cicatrizar).

Os vírus são outra questão - the virus itself does not have the ability to carry out metabolism on its own - it hijacks the host cell for its energy and biosynthesis needs. Now, if providing oxygen to the host cells helps them fight off the virus, then oxygenation would be considered "bad" for the virus. The ways in which mammalian cells use and scavenge different forms of oxygen are many and relates to all of this as well.

You may have heard the expression “the dose makes the poison” before, and that is exactly what is happening here! The exact mechanism would be unique to each type of bacteria or fungi, but essentially too much oxygen poisons the organism since its metabolic processes can only handle a certain amount. Sort of how if you eat too much candy you might start to feel sick. You might be interested to know that oxygen toxicity occurs in humans, too. Usually divers who breathe enriched oxygen during dives have to be aware of this type of thing.

That said, there are certain kinds of bacteria which do not require oxygen to live at all. They are called anaerobic bacteria, and they are not as rare as you might think. In fact, many of them probably live within you! A maioria dos bacteria found in the human gut is anaerobic bacteria. Adicionalmente, viruses technically do not require oxygen as they are not living. However, they do require a host to reproduce, and if that host requires oxygen I suppose you could argue that that virus requires oxygen.

Primeiro, not all bacteria are killed by oxygen - some bacteria do require oxygen, just as you do.

Segundo, not all living things require oxygen in particular, fungi and most bacteria do not require oxygen. For these organisms, oxygen is poisonous. In fact, oxygen is poisonous to all living things, including you, but the cells in your body are adapted by over a billion years of evolution and can confine the oxygen to specific regions of your cells where it can't do damage. Still, if you were to breathe an atmosphere that were pure oxygen, unlike the Earth's atmosphere that is 80% nitrogen, you would die from oxygen poisoning.

Bacteria that do not use oxygen to live have never evolved the ability to confine it because they live in environments that oxygen does not normally reach, which means that the oxygen can get into the vulnerable parts of the cell (such as its DNA) and destroys said vulnerable parts, killing the bacteria. The same applies to many viruses, but some viruses are protected by types of protein coatings that can keep the DNA and RNA inside safe from oxygen in the air.

Fungi are not killed by normal amounts of oxygen for the same reason as you: fungi are descended from ancestors that used oxygen to live, as you do. However, unlike animals (such as yourself), fungi have evolved an alternative means of getting energy through fermentation, which does not require oxygen in order to work. This means that while fungi can live in the presence of oxygen, they do not need it. During the daytime, the same is also true of plants, since they can get energy from photosynthesis, which also does not require oxygen (instead, it produces oxygen). Plants still need oxygen at night, however, unlike fungi.

Some products are marketed with claims that they can cure disease by delivering oxygen to cells. There is no scientific evidence to support these claims, and these products likely don’t have any beneficial effect. Typically, when scientists say that exposure to oxygen kills bacteria/virus, they are referring to a process called oxidation. Molecular oxygen can react with water inside the cell to form hydrogen peroxide, which is highly reactive. Hydrogen peroxide is a powerful oxidizing agent and can form a highly reactive entity called hydroxyl free radical. Some bacteria are anaeróbico – meaning that they thrive in the absence of oxygen. These bacteria are particularly susceptible to oxygen since they do not have any natural defenses against oxidation, and so oxygen will be detrimental to them. Other bacteria require oxygen to grow, and have natural defenses against oxidation. Hydrogen peroxide that you can buy at the store can be used as a disinfectant for surfaces or to clean cuts to prevent infection. Hydrogen peroxide will kill bacteria and viruses, and even spores if treated long enough. Hydrogen peroxide is effective against external infection and for sterilizing instruments, but for bacterial infections in your body, you should see a doctor to get antibiotics. For example, a very common bacteria S. Pyogenes can cause a variety of serious conditions including toxic shock syndrome and should be treated with antibiotics.

Oxygen? It would be O3, ozone, not O2, the oxygen gas we breathe.

It is not true that all living organisms require oxygen, and not all fungi, bacteria, and viruses are the same. In fact, within each of these types of organisms, there are vast differences between individual species in terms of where they live, how they live, what they eat, and what kills them.

Some bacteria can only survive if no oxygen is present others need oxygen to live. There is a class of microbes called obligate anaerobes, which are actually poisoned by oxygen. That is not to say that a single oxygen molecule in a bottle of these microbes would result in the death of every single one of the microbial cells there are concentrations of oxygen at which certain microbes cannot survive, and these concentrations vary depending on the microbe. An example of such an anaerobic microbe is the Veillonella genus of bacteria that live in mammalian intestines.

Viruses are an interesting case. There is quite a bit of debate as to whether they can actually be classified as living things because they cannot reproduce themselves independently. The presence of oxygen does not kill viruses - that's why the flu virus can survive in atmosphere and be transmitted.

All of what I have written above assumes that we are discussing molecular oxygen (or O2) There are oxygen species called "reactive oxygen species" or ROS como diminutivo. (Note that "species" here does not have the same meaning as it does in biology "species" here basically means "molecules".) ROS can be dangerous to living organisms because they are reactive, by having extra negative charges (extra electrons), fewer electrons than the number that would a molecule stable, or certain types of electrons. What makes these species dangerous is their tendency to react with things in their surroundings and therefore break bonds that, for the health and well-being of the organism in which it resides, should not be broken. An example of damage is that a certain type of ROS can cause small but damaging changes in DNA. Some DNA damage can be repaired others not so easily, and these mistakes will persist as cells divide.

The mistakes that propagate through generations of cells can eventually result in defective proteins and the death of cells with these defective proteins. These ROS may be what you mean. Either way, it is not correct to say that "exposure to oxygen kills ___".

What a challenging question! This is not my area of specialty, but I will tell you about what little I do know.

My understanding is that oxygen availability affects the ability of aerobic bacteria and fungi to respire, breathe, and reproduce. Among bacteria, some require oxygen in their respiration process. Estes são chamados aerobes. There are also bacteria that cannot tolerate oxygen, called anaerobes. A third category of bacteria can grow with or without oxygen, called facultative anaerobes. Most bacteria will use oxygen if it is available.

Like bacteria, most fungi require oxygen for respiration and successful reproduction. However, there are also anaerobic fungi, like yeast, which is useful in baking bread.

Viruses are a bit more complex. Viruses are RNA/DNA molecules surrounded by a protein coat which may or may not be enveloped by a lipid layer. Então technically, they can live in the presence of oxygen. More important, though, they require a host for replication. So whether they live or die in the presence of oxygen, depends more on whether their host does or does not require oxygen. From this perspective, my understanding is that exposure to oxygen helps bacteria, fungi, and viruses, not killing them. The opposite, however, is considered a method for preventing microbes from living. This is why most food products are vacuum sealed, to prevent microbe growth.

One method I know of to kill microbes using oxygen is through ozone treating of water. Ozone is produced when oxygen is exposed to a high-voltage current. It is a molecule composed of three oxygen atoms, temporarily existing in a very unstable and reactive state. Ozone, also known as O3, is a highly powerful oxidant that can cause pesticides, fungi, organic materials, contaminants, and viruses to become inactive. Unlike regular oxygen (the O2 molecule), O3,/sub> is an extremely active oxidant.

An oxidant is a reactant that oxidizes or removes electrons from other reactants during a redox reaction. That means that ozone, the oxidizing agent, removes one or more electrons from another reactant in a chemical reaction. Being an oxidant, ozone can also help remove metals (like manganese, iron, and sulfur) from water by oxidizing those molecules into insoluble particles that can be filtered out of water. Despite being oxygen, the reason ozone can kill these things is because it is an oxidant. Any pathogens or contaminant that can be disinfected, altered, or removed via an oxidation process will be affected by ozone.


Non-renewable energy

Non-renewable energy comes from sources that will eventually run out, such as oil and coal.

Biology, Ecology, Earth Science, Geography, Social Studies, Economics

Fossilized Energy
According to the Central Intelligence Agency, the world generates more than 66% of its electricity from fossil fuels, and another 8% from nuclear energy.

(singular: alga) grupo diversificado de organismos aquáticos, o maior dos quais são algas marinhas.

most valuable type of coal, containing high carbon content. Also called hard coal, black coal, and stone coal.

camadas de gases em torno de um planeta ou outro corpo celeste.

the basic unit of an element, composed of three major parts: electrons, protons, and neutrons.

renewable energy derived from living or recently living organisms, mostly plants.

crop, residue, and other organic material that can be used to produce energy on an industrial scale.

substance that is created by the production of another material.

total amount of carbon and carbon compounds in the Earth and Earth's atmosphere.

greenhouse gas produced by animals during respiration and used by plants during photosynthesis. Carbon dioxide is also the byproduct of burning fossil fuels.

process of organic matter turning into carbon, usually under high temperatures and pressure.

gradual changes in all the interconnected weather elements on our planet.

dark, solid fossil fuel mined from the earth.

to poison or make hazardous.

set of physical phenomena associated with the presence and flow of electric charge.

condições que circundam e influenciam um organismo ou comunidade.

coal, oil, or natural gas. Fossil fuels formed from the remains of ancient plants and animals.

process usually used to extract oil and natural gas in which fractures in the Earth's surface are opened and widened by injecting water, chemicals, and sand at high pressure. Also called hydraulic fracturing.

liquid mixture made from oil and used to run many motor vehicles.

phenomenon where gases allow sunlight to enter Earth's atmosphere but make it difficult for heat to escape.

gas in the atmosphere, such as carbon dioxide, methane, water vapor, and ozone, that absorbs solar heat reflected by the surface of the Earth, warming the atmosphere.

ambiente onde um organismo vive ao longo do ano ou por períodos mais curtos de tempo.

science and methods of keeping clean and healthy.

(liquified natural gas) natural gas that has been cooled and liquified for ease in storage and transportation.

chemical compound that is the basic ingredient of natural gas.

type of fossil fuel made up mostly of the gas methane.

energy resources that are exhaustible relative to the human life span, such as gas, coal, or petroleum.

energy released by reactions among the nuclei of atoms.

process where the nucleus of an atom splits, releasing energy.

having to do with facilities or resources located underwater, usually miles from the coast.

large, elevated structure with facilities to extract and process oil and natural gas from undersea locations.

layers of partially decayed organic material found in some wetlands. Peat can be dried and burned as fuel.

fossil fuel formed from the remains of ancient organisms. Also called crude oil.

processo pelo qual as plantas transformam água, luz solar e dióxido de carbono em água, oxigênio e açúcares simples.

(singular: plankton) microscopic aquatic organisms.

chemical or other substance that harms a natural resource.

byproduct of nuclear fission that emits a type of heat, or radiation, that can damage the tissue of living organisms.

to make more pure or clean.

energy obtained from sources that are virtually inexhaustible and replenish naturally over small time scales relative to the human life span.

having to do with country life, or areas with few residents.

material sólido transportado e depositado por água, gelo e vento.

chemical element with the symbol U. Fuel used to produce nuclear energy.

developed, densely populated area where most inhabitants have nonagricultural jobs.

all the plant life of a specific place.

area of land covered by shallow water or saturated by water.

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Writer

Editor

Jessica Shea, National Geographic Society

Produtor

Caryl-Sue, National Geographic Society

Fontes

Dunn, Margery G. (Editor). (1989, 1993). "Exploring Your World: The Adventure of Geography." Washington, D.C.: National Geographic Society.

Ultima atualização

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Neurobiology: How much oxygen does the brain need?

The brain has a high energy demand and reacts very sensitively to oxygen deficiency. Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) in Munich neurobiologists have now succeeded for the first time in directly correlating oxygen consumption with the activity of certain nerve cells.

The brain requires a disproportionate amount of energy compared to its body mass. This energy is mainly generated by aerobic metabolic processes that consume considerable amounts of oxygen. Therefore, the oxygen concentrations in the brain are an important parameter that influences the function of nerve cells and glial cells. However, how much oxygen is consumed in the brain and how this is related to neuronal activity was so far largely unknown. LMU neurobiologists Hans Straka, Suzan Özugur and Lars Kunz have now succeeded for the first time in directly measuring this in the intact brain and correlating it with nerve cell activity. The scientists report on their results in the journal BMC Biology.

In an already established animal model -- tadpoles of the clawed frog Xenopus laevis -- the scientists used electrochemical sensors to determine the concentration of oxygen in the brain and in one of the brain ventricles. They were able to specifically control the amount of oxygen available to the brain as well as inhibit nerve cell activity with the help of pharmacological substances. Using the example of nerve cells that control eye movements, the scientists succeeded in directly recording the relationship between oxygen consumption and nerve cell activity. "We have found that the brain is anoxic in a normal air-saturated environment, which means that no oxygen can be measured," says Straka. The complete oxygen was therefore immediately used by the cells to synthesize energy-rich substances. If more than twice the atmospheric oxygen concentration was available, the energy metabolism was saturated and oxygen was abundantly present in the brain. "We were also able to show that during normal operation only about 50 percent of the oxygen is used for nerve cell activity," says Straka. "So the other 50 percent are required for glial cells and for maintaining the basic metabolic rate of nerve cells. However, nerve cells with increased activity consume more oxygen."

In order to better understand how information is processed in the brain, knowledge of the relationship between oxygen availability and brain activity is essential. The scientists' results provide initial insight into this and are an important basis for further investigations of the brain's energy balance in future experiments and for measuring oxygen consumption for various nerve cell functions. This could also be relevant from a medical point of view, for example to better understand the consequences of oxygen deficiency in the brain or to better interpret the information on brain activity obtained with imaging techniques.


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