Zellatmung

Alles, was lebendig ist, benötigt eine Energiequelle, um seine Aktivitäten zu betreiben. Letztendlich ist diese Energiequelle die Sonne. Wie haben sich die Organismen auf der Erde diese Energie zunutze gemacht? Alles beginnt mit den Photosynthesizern. Diese Organismen sind in der Lage, Kohlendioxid und Wasser aufzunehmen und dann die von der Sonne eingefangene Energie in Form von Photonen zu nutzen, um diese Moleküle zusammenzubringen und Glukose und Sauerstoff zu produzieren. Die Glukose ist der Schlüssel zum nächsten kritischen Schritt, den fast alle Organismen in der einen oder anderen Form nutzen - der Zellatmung. Die Zellatmung erfolgt durch Enzyme, entweder in der Zellmembran bei Prokaryoten oder in den Mitochondrien bei Eukaryoten.

Die chemische Reaktion beginnt mit dem Abbau der Glukose unter Verwendung von Sauerstoff, um wieder Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen, aber dabei geht die Energie, die ursprünglich in die Herstellung des Glukosemoleküls geflossen ist, an zwei neue Stellen. Eine davon ist die Synthese von ATP oder Adenosintriphosphat-Molekülen, einer Energiequelle, die Zellen leicht nutzen können. Der Rest geht als Wärme verloren. Bisher haben wir von einer Art der Zellatmung gesprochen, die Sauerstoff verwendet, und dies wird als aerobe Atmung bezeichnet, aber einige Organismen und Zellen sind in der Lage, in Abwesenheit von Sauerstoff zu atmen. Dies wird als anaerobe Atmung bezeichnet. Und anstatt CO2 und Wasser zu produzieren, entsteht bei diesem Prozess Ethanol als Nebenprodukt. Die Fermentation ist ein Beispiel für diese Art der Atmung. Auf diese Weise sind Hefen in der Lage, in verschlossenen Behältern Alkohol herzustellen. Wir können ein Werkzeug namens Respirometer verwenden, um die aerobe Atmung zu messen. Ganz einfach, dieses Gerät misst die Menge an Sauerstoff, die ein Organismus verbraucht, in diesem Fall die Pflanzensamen. Keimende Samen atmen, was bedeutet, dass wir davon ausgehen können, dass sie Sauerstoff verbrauchen und Kohlendioxid freisetzen. Sie haben noch keine grünen Teile, also betreiben sie keine Photosynthese.

Bei der Messung der Atmung in einem Respirometer wird eine clevere Methode verwendet, die auf dem idealen Gasgesetz basiert: P mal V ist n mal R mal T. P ist der Druck des Systems. V ist das Volumen des Gases. n ist die Anzahl der vorhandenen Mol Gas. R ist die ideale Gaskonstante... und T ist die absolute Temperatur. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass Sie durch Messung ihres Volumens herausfinden können, wie viele Gasmoleküle in einer Probe vorhanden sind, vorausgesetzt, Sie kennen den Druck und die Temperatur, denn R ist eine Konstante.

Respirometer enthalten Kaliumhydroxid, das Kohlendioxid in fester Form als Kaliumcarbonat einfängt. Aufgrund der Zellatmung wird der Sauerstoff in der verschlossenen Röhre von den Samen verbraucht, und sie setzen Kohlendioxid frei, das wiederum als Kaliumkarbonat eingeschlossen wird. Mit fortschreitender Zellatmung nimmt also das Gesamtvolumen des Gases im System ab. Wir können dies quantifizieren, indem wir das Respirometer an ein Gerät anschließen, das Manometer genannt wird. Hier fällt der Druck in der Respirometerkammer ab, wenn die Sauerstoffmoleküle verbraucht werden, und eine farbige Flüssigkeit in einem winzigen Kapillarröhrchen wird in Richtung des verringerten Drucks gezogen. Wir können dann die Menge des im Respirometerrohr verbleibenden Gases abschätzen, indem wir den Wert auf der Manometerebene ablesen. Dieses vielseitige System kann mit vielen verschiedenen Variablen eingerichtet werden, wie z. B. unterschiedlichen Temperaturen, und kann verwendet werden, um die Atmungsfrequenz in vielen verschiedenen Arten von Lebewesen zu testen.

In diesem Labor verwenden Sie ein Respirometer und ein Manometer, um die Atmungsrate von keimenden Samen zu messen.