Guia do Professor - Rived

Introdução
Guia do Professor
Objeto de Aprendizagem: “Pum no elevador”
Caro(a) professor(a), o tema deste objeto de aprendizagem, a difusão,
prescinde da ênfase necessária, carecendo de relações do fenômeno físico
propriamente dito e a fisiologia geral. A atividade pretende demonstrar através de
animações o processo de difusão, um tema tido como abstrato pelos alunos, em
simulações experimentais que abordam a difusão como um fenômeno físico em um
laboratório virtual, mas também nos sistemas vivos . Para isso, a atividade faz
relação com assuntos ligados ao cotidiano para a melhor compreensão e
aprendizado do tema. Pretende-se, também, demonstrar algumas experiências
relacionadas que podem ser realizadas tanto virtualmente como presencialmente,
auxiliando na compreensão do processo.
Objetivos
Esta atividade tem como objetivo a compreensão do processo de difusão, os
conceitos relacionados, tais como gradiente de concentração, características do
soluto, rota de difusão, bem como suas implicações no funcionamento dos
organismos.
Pré-requisitos
Os conceitos básicos que são pré-requisitos do tema abordado são:
estrutura da membrana de células animais e vegetais, soluto, solvente e gradiente
de concentração. É recomendável que a atividade seja realizada após aula teórica
sobre o tema.

Tempo previsto para a atividade
A atividade está prevista para ser concluída em cerca de 50 (cinqüenta)
minutos ou um tempo de aula, suficiente para o aluno manipular o objeto e para o
professor sanar as eventuais dúvidas.
Na sala de aula
Em sala de aula, o professor poderá abordar o tema difusão mostrando sua
importância para as células vegetais e animais, tentando sempre relacioná-lo com
assuntos do cotidiano para melhor compreensão por parte dos alunos. Como, por
exemplo, podem ser citados o transporte de proteínas, íons, água e glicose para o
interior das células, animal ou vegetal.
DICAS: O professor poderá direcionar a aula de forma que o aluno veja
aplicações do tema no seu cotidiano, citando, por exemplo :
Distribuição uniforme e passiva de solutos devido ao gradiente de
concentração. No objeto é apresentado a experiência da gota de corante em
água ou na sala de aula, pode ser realizado a dissolução do suco em pó na água.
A abertura de um frasco de perfume em um ambiente fechado,
fazendo-os perceber o cheiro a uma determinada distância, devido à difusão de
acordo com o gradiente de concentração que se estabelece entre o ar da sala e o
perfume, por exemplo. Neste caso poderá ressaltar que o movimento do ar (vento)
irá influenciar no processo.

A absorção de solutos por células animais e vegetais, que são os
nutrientes por excelência das células, por difusão simples ou facilitada, em
especial, a entrada de glicose na célula. A glicose é a maior fonte de energia para
a maioria das células animais, possuindo uma proteína carreadora que facilita a
entrada de glicose. A molécula de glicose é facilmente alterada quando entra na
célula, e assim, o gradiente de concentração favorece entrada de glicose, com
maior concentração fora da célula (nos capilares sanguíneos e no intestino) do que
dentro. Esse é um tipo de difusão facilitada.
A excreção: formação da urina (rins) e do suor (glândulas
sudoríparas). O professor poderá ressaltar que não é só no suor que temos um
exemplo de difusão facilitada, nos nossos rins também, durante a formação da
urina. Os rins, retém um certo volume de água e liberam íons Na + e Cl - na
formação da urina. Mas como foi dito não é só através da abertura de canais que
ocorre difusão facilitada. Uma outra forma é pelas proteínas carreadoras, sem
gasto de energia.
O professor poderá questionar aos alunos sobre o que acontece e por que
suamos. A maioria dos alunos pode sugerir que é para reduzir o calor do corpo,
mas a questão é como isso acontece. Neste momento é importante o professor
transpor o assunto a nível celular e dizer a importância da membrana plasmática
para o equilíbrio iônico. Esse processo é um exemplo de difusão facilitada. Quanto
mais árduo é o trabalho (atividade física vigorosa, por exemplo), mais quentes
ficamos e conseqüentemente cedo ou tarde começamos a suar. O suor é uma
maneira de reduzir o calor do corpo, usando o excesso de calor para eliminar
(evaporar) a água. No pico da atividade, perdemos, às vezes, até 2 litros de água
em uma hora. O suor ajuda a manter a temperatura corporal em níveis normais.
As glândulas sudoríparas (responsáveis pela regulação da temperatura do corpo
através da excreção do suor) se encontram localizadas logo abaixo da superfície da

pele. Elas são, essencialmente, tubos cheios de fluidos extracelulares. Quando
estimulados por atividades físicas ou outros sinais, esses tubos se enchem com
água e solutos dissolvidos. Para chegar aos fluidos extracelulares, a água deve
passar entre e através das células que se encontram na borda do tubo. Uma
característica fundamentais das células vivas é sua habilidade de regular o que
entra e sai do seu citoplasma através da membrana plasmática. Quando uma
pessoa realiza atividades normais, as membranas das células limítrofes com as
glândulas sudoríparas não permitem que muita água entre e saia. Porém, quando
a mesma pessoa se exercita, poros especiais formados por proteínas de
membrana, denominadas aquaporinas, abrem-se e permitem que a água do fluido
extracelular passe através das células para um tubo que leva à superfície da pele,
resfriando-a.
A excreção nos invertebrados e protozoários é simples, realizada
através da eliminação direta dos produtos do catabolismo no meio externo. È
observada nos organismos mais primitivos (esponjas, celenterados e alguns
protozoários). Nos outros organismos observa-se a ocorrência de estruturas
secretoras como nefrídios, solenócitos e tubos de Malpighi.
A Respiração pulmonar associada ou não ao exercício envolve a troca
gasosa por difusão, de oxigênio e gás carbônico, entre o corpo e o ambiente. Nos
nossos pulmões, assim como os de todos os mamíferos, possuem uma enorme
área superficial e uma extensão do comprimento para difusão bastante curta,
estas características maximizam a taxa de troca gasosa, servindo bem às suas
necessidades respiratórias, considerando a ecologia e os nossos estilos de vida.
Quando inspiramos, o ar entra nos pulmões através da cavidade oral ou
passagem nasal passando por todo o trato respiratório para finalmente chegar aos
alvéolos que são os locais de trocas gasosas. Os seres humanos apresentam
aproximadamente 300 milhões de alvéolos. Mesmo que cada alvéolo seja muito

pequeno, a área superficial associada para difusão de gases respiratórios é de
aproximadamente 70m 2 que é equivalente ao tamanho de uma quadra de tênis.
Cada alvéolo é composto de células muito finas e ao redor dos alvéolos
existem redes de pequenos vasos sanguíneos, os capilares, cujas paredes também
são feitas de células extremamente finas. Entre os capilares e os alvéolos existe
um espaço que é menor que 2μm e uma única célula sanguínea vermelha
(hemácia) é maior que 7μm. Portanto o espaço disponível para ocorrer a difusão é
muito, muito pequeno. Sendo assim a troca gasosa é bastante eficiente.
A respiração pulmonar é um processo bidirecional. O CO2 difunde-se para
fora do corpo e o O2 difunde-se para dentro. Dado o mesmo gradiente de pressão
parcial, a taxa de difusão das moléculas de CO2 e de O2 é aproximadamente a
mesma no ar e na água. Porém, os gradientes de pressão parcial para a difusão de
O2 e de CO2 através das superfícies de troca gasosa não são os mesmos. Na
atmosfera a quantidade de CO2 é extremamente baixa (cerca de 0,03%); assim,
há sempre um bom gradiente de pressão parcial para perda de CO2 dos animais
que respiram no ar como nós.
Respiração pulmonar e a respiração celular . A função do sistema
respiratório é captar O2 do ar atmosférico e retirar o CO2 por difusão simples
entre as células circunjacentes do tecido pulmonar. Pode-se diferenciar respiração
de duas formas a respiração pulmonar, representada pela ventilação (processo
mecânico de entrada e saída de ar dos pulmões) e a troca gasosa, hematose, por
difusão simples. A respiração celular, ocorre a utilização de O2 pelos tecidos com
posterior produção de CO2. O pulmão é a estrutura responsável pela troca gasosa.
Tem a maior superfície de contato com o meio ambiente, cerca de 100 m2 ,
distribuídos em cerca de 300 milhões de alvéolos. Além da hematose, dentre
outras funções, o pulmão também participa do equilíbrio térmico ( calor e água ).

A transpiração em plantas. A principal forma de troca de gases e vapor
d’água nas plantas ocorre através dos estômatos, já que a transpiração estomática
chega a atingir 95% da transpiração total das plantas. Quando abertos, permitem
a liberação de oxigênio e a captação do gás carbônico por difusão, imprescindível
para a fotossíntese.
Descoberta da Difusão e modelagem matemática. A difusão foi
quantificada pela primeira vez pelo um cientista alemão Adolf Fick, que trabalhava
com fisiologia animal, em 1855. Através de seus estudos ele elaborou uma
fórmula, conhecida como 1ª Lei de Fick da difusão. Esta fórmula diz que a
velocidade de difusão depende:
área superficial x diferença de concentração
Distância
A velocidade de transporte ou a densidade de fluxo de uma determinada
partícula (que pode ser uma molécula ou um íon) é a quantidade da substância
que atravessa uma unidade de área por unidade de tempo, expressa em mol m -2 s -
1 . Lembre-se que mol é uma unidade de concentração , pois representa o peso
molecular da substância expresso em gramas por um litro. Esta unidade entra na
fórmula pois a diferença de concentrações entre os dois pontos onde a difusão irá
ocorrer é o gradiente de concentração da partícula, em moles. Quando se
estuda a difusão de gases é melhor utilizar a diferença em densidade (g m -3 ) ou
pressão de vapor (mmHg, kPa, bares), em vez de concentração em moles.
Já o comprimento da via de difusão, é a distância entre os dois pontos onde
a difusão irá ocorre, no exemplo que estudados, um lado e outro do frasco ou
dentro e fora da célula.,.

Mas por que a fórmula? Para demostrar matematicamente que a é a
diferença de concentração a força motriz que determina a difusão simples. E assim
quanto maior o gradiente de concentração, melhor a difusão. Também é possível
observar que quanto maior a distância a ser percorrida mais difícil é a difusão, pois
a distância é inversamente proporcional a velocidade de difusão. Para
exemplificarmos o quanto a distância atrapalha a difusão, vamos usar a glicose
como exemplo : para se deslocar dentro de uma célula de 50μm ela gasta 2,5
segundos. Mas para andar 1m, vai gastar cerca de 32 anos!
pequenas!
Por isso a difusão é tão importante para as células, pois as distâncias são
Outra informação muito interessante que podemos obter com esta fórmula
é o problema do tamanho do organismo e a velocidade de difusão. Repare que a
capacidade de troca por difusão vai depender diretamente da área superficial, que
estará na linha de frente da difusão. E assim, quando estudamos a difusão, o
tamanho do organismo ou célula passa a ser muito importante. Então, as
necessidades de troca de substâncias um organismo irá dependerá de sua relação
de superfície/volume. Veja os exemplos abaixo:
organismo
Tipo de
Bactéria 1mm = 10 -
6 m
Ameba 100mm =
10 -4 m
Comprimento Área
superficial em
m 2
6x10 -2
6x10 -
Mosca 10 mm = 10- 6x10 -4
18
em m 3
Volume
10 -18
10 -12
10 6
Superfície
Relação
Volume
Em m -1
6.000.000
60.000
600

2m
Cachorro 1m 6x10 10 6
Baleia 100m =
10 2 m
6x10 4
Para facilitar, vamos assumir a forma de cubo para estes organismos, pois a
área do cubo é 6a 2 e o volume é igual a área ao cubo(A 3 )
Quanto maior o volume do corpo do organismo, menor sua superfície
relativa e mais difícil será trocas substâncias com o ambiente. Esta limitação a
difusão é tão importante que é maioria das células dos organismos unicelulares de
vida livre, como as bactérias, possui até 50 μm (a bactéria Escherichia coli possui
aproximadamente 1 μm). Os organismos grandes e multicelulares, como nós,
possuem trilhões de células pequenas, visto que o tamanho médio das células de
nosso corpo é de 30 μm.
Assim, quanto maior é o organismo, menor é sua relação superfície/volume.
E mais difícil será a sua capacidade de troca com o ambiente. Um outro exemplo é
o das microvilosidades, que são dobras da membrana plasmática na superfície da
célula, voltada para o lúmem do intestino. Estas células podem possuir milhares de
microvilosidades (até 3000,) projetadas até 1 mm acima da mucosa. Assim elas
aumentam consideravelmente a superfície membrana em contato com o alimento,
garantindo uma absorção muito mais eficiente do que foi ingerido.
Já a Escheria coli, uma bactéria que vive as nossas custas, pois habita nosso
trato intestinal, é tão pequena que ao evacuarmos, podemos eliminar até um
trilhão de bactérias, ou seja, a quantidade total de células de nosso corpo. Por esta
razão a sua presença em corpos hídricos (rios, lagos, lagoas e etc) é um indicativo
de contaminação por fezes.
10 6
0,06

•
Questões para discussão
ser citadas :
Além das questões levantadas nas dicas do item anterior, podem também
O que passa pela membrana na Difusão Facilitada? - Algumas substâncias,
como a glicose, galactose e alguns aminoácidos têm tamanho superior a 8
Angstrons, o que impede a sua passagem através dos poros da membrana. São,
ainda, substâncias não solúveis em lipídios, o que também impede a sua difusão
pela matriz lipídica da membrana. No entanto, estas substâncias passam através
da matriz, por transporte passivo, contando, para isto, com o trabalho de proteínas
carregadoras (permeases).
Porque e onde ocorre o processo de difusão nos organismos?
• Neste momento é importante o professor ressaltar que em um
organismo a difusão não será adequada para distribuir as substâncias
por todo o corpo, pois as distâncias são longas, porém qualquer
organismo é constituído por células, que são pequenas unidades onde a
difusão é suficientemente rápida para distribuir pequenas moléculas.
Porém, mesmo para um organismo complexo como os seres humanos, a
difusão torna-se um processo eficiente.
• Qual a diferença entre osmose e difusão? A difusão é um
processo de movimento randômico buscando o estado de equilíbrio, o
movimento se dá da região de onde a substância está mais
concentrada para região onde esteja menos concentrada. Esse
movimento é direcional até que o equilíbrio seja atingido. A rapidez
com que a substância se difunde depende principalmente do gradiente

de concentração do sistema. Quanto maior o gradiente de
concentração, mais rápido a substância se difunde. A osmose é a
difusão da água, através da membrana, que se torna possível porque
as moléculas de água são pequenas o suficiente para atravessarem a
membrana celular. Há ainda a presença de proteínas transportadoras
de água, as aquaporinas. O professor pode ressaltar para os alunos
que na osmose, o gradiente de concentração de água é respeitado,
seguindo os princípios da difusão, ou seja, a água se move da região
onde há mais água disponível (solução menos concentrada ou
hipotônica) para região onde há menos água disponível (solução mais
concentrada ou hipertônica).
• Canais e transportadores. Além de passar diretamente pela
membrana, o soluto pode receber uma ajuda para entrar e isto ocorre
graças a presença de permeases ou permeasas, ou proteínas de canal
ou ainda de proteínas transportadoras. Assim vários íons como o Na+,
K+, Ca2+, Cl, também vários aminoácidos e monossacarídeos
conseguem entrar na célula. As proteínas de canal são proteínas com
um orifício ou canal interno, cuja abertura está regulada, por exemplo,
como ocorre com neurotransmissores ou hormônios, que se unem a
uma determinada região, o receptor da proteína de canal, que sofre
uma transformação estrutural que induz a abertura do canal. Permite o
transporte de pequenas moléculas polares, como os, aminoácidos e
monossacarídeos etc, que não conseguindo atravessar a bicamada
lipídica, requerem que proteínas trasmembranosas facilitem sua
passagem. Estas proteínas recebem o nome de proteínas
transportadoras ou permeasas (ases) que, ao unirem-se a molécula
que irão transportar sofrem uma modificação em sua estrutura, que
conduz aquela molécula ao interior da célula. A água poderá atravesar
a membrana por difusão simples, ou facilitada, com auxílio das

aquaporinas. As aquaporinas são proteínas que ocorrem em bichos e
plantas, especialmente nos tecidos que necessitam movimentar água
com muita rapidez, como a pele, os rins e intestinos, no caso dos
animais, e as células do estômato das folhas de plantas.
Na sala de computadores
Preparação
Para a aula no laboratório, é muito importante que o professor analise
previamente o objeto visando antever as dúvidas dos alunos. A navegação dentro
do objeto é seqüencial e dependerá da capacidade de realização de cada atividade
pelos alunos, com as instruções que lhe são fornecidas. Os alunos podem utilizar
lápis e papel (caderno) para suas anotações e é recomendável que as atividades
sejam realizadas em duplas, para facilitar a discussão.
Material necessário
Sugerimos que esteja disponível no laboratório um quadro negro ou branco
para que o professor possa dar explicações eventuais sobre as atividades
desenvolvidas.
Requerimentos técnicos
O programa para visualização é o plugin Flash em navegador na Web
(Explorer, Mozila ou Nestcape). A versão em CD e a disponível na página do Rived
é executável e não exige instalação de outros programas.
Durante a atividade
Caso o professor prefira, ele pode utilizar as atividades apresentadas no
objeto de aprendizagem “ Pum no Elevador” para passar os conceitos básicos

elacionados ao tema, em substituição a aula ministrada em sala de aula. Neste
caso, o professor deve verificar antecipadamente os momentos estratégicos
(pontos de parada) que considerar conveniente, para que os alunos acompanhem
sua explanação.
Ao longo do OA, foram introduzidos alguns “pontos de parada” onde
sugere-se que o alunos consultem o professor caso estejam com dúvidas ou
retornem às atividades anteriores para refazê-las. O professor poderá utilizar estes
momentos para verificar a compreensão dos alunos sobre os conceitos passados,
sanar dúvidas, fazer comentários complementares, etc.
Depois da atividade
Algumas das atividades propostas no objeto de aprendizagem podem ser
repetidas em uma laboratório de ciências ou eventualmente, numa bancada, ou
em sala de aula.
Questões para discussão
Algumas concepções errôneas, de modo geral de senso comum, podem
surgir durante a discussão sobre difusão:
Avaliação
Além das atividades avaliativas pré-definidas pelo professor, do
acompanhamento do desempenho nas atividades propostas neste objeto
sugerimos a utilização do objeto “Queimando os neurônios” um jogo de perguntas
que versa sob os temas difusão, osmose e transporte ativo.

Atividades complementares
O objeto de aprendizagem “Aprendendo por Osmose Elevador” foi
desenvolvido visando apresentar os conceitos relacionados a osmose e o OA
“Nadando Contra a Corrente” visando trabalhar os conceitos relacionados ao
transporte ativo. Esses objetos de aprendizagem complementam este OA.
Após a utilização dos três OA citados acima, sugere-se, com atividade para
testar os conhecimentos dos alunos sobre o tema, utilizar o jogo "Queimando
Neurônios".
Mapa Conceitual sobre Osmose e Difusão
Webliografia (referências na Web)

• Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., Heller, H.G. Vida – A Ciência da
Biologia. 6ª ed. Ed,. Artmed. 2002
http://www.bdc.ib.unicamp.br/lte/visualizar_material.php?id_material=501 flash
sobre hematose, é necessário o cadastramento do professor no site
http://br.youtube.com/watch?v=JN5YahJV72I difusão de permaganato de potássio
em água fria e água quente.
http://br.youtube.com/watch?v=s0p1ztrbXPY animação sobre transporte passivo,
em inglês.
http://br.youtube.com/watch?v=Qqsf_UJcfBc animação sobre o modelo de
mosaico fluido, em inglês.