التنفس الخلوي

كل ما هو حي يتطلب مصدرا للطاقة لتغذية أنشطته. في النهاية ، مصدر الطاقة هذا هو الشمس. كيف إذن استخدمت الكائنات الحية على الأرض هذه الطاقة؟ كل شيء يبدأ بأجهزة التمثيل الضوئي. هذه الكائنات قادرة على أخذ ثاني أكسيد الكربون والماء ثم استخدام الطاقة التي يتم التقاطها من الشمس كفوتونات لإجبار هذه الجزيئات على التماسك ، مما ينتج الجلوكوز والأكسجين. الجلوكوز هو مفتاح الخطوة الحاسمة التالية ، وهي الخطوة التي تستخدمها جميع الكائنات الحية تقريبا بشكل أو بآخر - التنفس الخلوي. يتم التنفس الخلوي بواسطة الإنزيمات ، إما في غشاء الخلية في بدائيات النوى أو في الميتوكوندريا في حقيقيات النوى.

يبدأ التفاعل الكيميائي بتكسير الجلوكوز باستخدام الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء مرة أخرى ، ولكن في هذه العملية ، تنتقل الطاقة التي ذهبت في الأصل إلى جزيء الجلوكوز إلى مكانين جديدين. أحدهما هو توليف ATP ، أو جزيئات أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، وهو مصدر للطاقة يمكن للخلايا استخدامه بسهولة. الباقي يضيع كحرارة. حتى الآن ، كنا نتحدث عن نوع من التنفس الخلوي يستخدم الأكسجين ، ويشار إلى هذا باسم التنفس الهوائي ، لكن بعض الكائنات الحية والخلايا قادرة على التنفس في غياب الأكسجين. وهذا ما يسمى التنفس اللاهوائي. وبدلا من إنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء ، فإن هذه العملية تجعل الإيثانول منتجا ثانويا. التخمير هو مثال على هذا النوع من التنفس. هذه هي الطريقة التي تستطيع بها الخميرة إنتاج الكحول في حاويات محكمة الغلق. يمكننا استخدام أداة تسمى مقياس التنفس لقياس التنفس الهوائي. بكل بساطة ، يقيس هذا الجهاز كمية الأكسجين التي يستخدمها الكائن الحي ، وينبت بذور النباتات في هذه الحالة. تتنفس البذور النابتة ، مما يعني أنه يمكننا أن نتوقع أنها تستهلك الأكسجين وتطلق ثاني أكسيد الكربون. ليس لديهم أجزائهم الخضراء حتى الآن ، لذا فهم لا يقومون بعملية التمثيل الضوئي.

يستخدم قياس التنفس في مقياس التنفس طريقة ذكية تعتمد على قانون الغاز المثالي ، P في V يساوي n في R في T. P هو ضغط النظام. V هو حجم الغاز. n هو عدد مولات الغاز الموجودة. R هو ثابت الغاز المثالي... و T هي درجة الحرارة المطلقة. باختصار بسيط ، هذا يعني أنه يمكنك معرفة عدد جزيئات الغاز الموجودة في العينة عن طريق قياس حجمها ، بافتراض أنك تعرف الضغط ودرجة الحرارة ، لأن R ثابت.

تحتوي مقاييس التنفس على هيدروكسيد البوتاسيوم ، الذي يحبس ثاني أكسيد الكربون في شكل صلب مثل كربونات البوتاسيوم. لذلك ، بسبب التنفس الخلوي ، تستهلك البذور الأكسجين الموجود في الأنبوب المغلق ، وتطلق ثاني أكسيد الكربون ، والذي بدوره يحبس كربونات البوتاسيوم. وبالتالي ، مع تقدم التنفس الخلوي ، ينخفض الحجم الكلي للغاز داخل النظام. يمكننا تحديد ذلك عن طريق ربط مقياس التنفس بجهاز يسمى مقياس الضغط. هنا ، عندما تستهلك جزيئات الأكسجين ، ينخفض الضغط داخل حجرة مقياس التنفس ، ويتم سحب سائل ملون داخل أنبوب شعري صغير في اتجاه الضغط المنخفض. يمكننا بعد ذلك تقدير كمية الغاز المتبقية في أنبوب مقياس التنفس عن طريق قراءة القيمة على مستوى مقياس الضغط. يمكن إعداد هذا النظام متعدد الاستخدامات بالعديد من المتغيرات المختلفة ، مثل درجات الحرارة المختلفة على سبيل المثال ، ويمكن استخدامه لاختبار معدل التنفس في العديد من الأنواع المختلفة من الكائنات الحية.

في هذا المختبر ، ستستخدم مقياس التنفس ومقياس الضغط لقياس معدل تنفس البذور النابتة.