Respiración Celular
autótrofos y heterótrofos
Los organismos vivos requieren un aporte continuo de energía para mantener las funciones celulares y del organismo, como el…
Todo lo que está vivo requiere una fuente de energía para alimentar sus actividades. En última instancia, esa fuente de energía es el sol. Entonces, ¿cómo aprovecharon los organismos de la Tierra esta energía? Todo comienza con los fotosintetizadores. Estos organismos son capaces de tomar dióxido de carbono y agua y luego usar la energía capturada del sol como fotones para forzar a estas moléculas a unirse, produciendo glucosa y oxígeno. La glucosa es la clave para el siguiente paso crítico, uno que casi todos los organismos utilizan de una forma u otra: la respiración celular. La respiración celular es llevada a cabo por enzimas, ya sea en la membrana celular en procariotas o en las mitocondrias en eucariotas.
La reacción química comienza descomponiendo la glucosa usando oxígeno para crear dióxido de carbono y agua nuevamente, pero en el proceso, la energía que originalmente se utilizó para hacer la molécula de glucosa va a dos nuevos lugares. Una de ellas es la síntesis de ATP, o moléculas de trifosfato de adenosina, una fuente de energía que las células pueden utilizar fácilmente. El resto se pierde en forma de calor. Hasta ahora, hemos estado hablando de un tipo de respiración celular que utiliza oxígeno, y esto se conoce como respiración aeróbica, pero algunos organismos y células son capaces de hacer respiración en ausencia de oxígeno. A esto se le llama respiración anaeróbica. Y en lugar de producir CO2 y agua, este proceso produce etanol como subproducto. La fermentación es un ejemplo de este tipo de respiración. Así es como la levadura es capaz de producir alcohol en recipientes sellados. Podemos usar una herramienta llamada respirómetro para medir la respiración aeróbica. En pocas palabras, este dispositivo mide la cantidad de oxígeno utilizada por un organismo, germinando semillas de plantas en este caso. Las semillas en germinación están respirando, lo que significa que podemos esperar que estén consumiendo oxígeno y liberando dióxido de carbono. Todavía no tienen sus partes verdes, por lo que no están realizando la fotosíntesis.
La medición de la respiración en un respirómetro utiliza un método inteligente basado en la ley de los gases ideales, P por V es igual a n por R por T. P es la presión del sistema. V es el volumen del gas. n es el número de moles de gas presentes. R es la constante de gas ideal... y T es la temperatura absoluta. En pocas palabras, esto significa que puede averiguar cuántas moléculas de gas están presentes en una muestra midiendo su volumen, suponiendo que conozca la presión y la temperatura, porque R es una constante.
Los respirómetros contienen hidróxido de potasio, que atrapa el dióxido de carbono en forma sólida como carbonato de potasio. Entonces, debido a la respiración celular, el oxígeno en el tubo sellado es utilizado por las semillas y liberan dióxido de carbono, que a su vez queda atrapado como carbonato de potasio. Por lo tanto, a medida que avanza la respiración celular, el volumen total de gas dentro del sistema disminuye. Podemos cuantificar esto conectando el respirómetro a un dispositivo llamado manómetro. Aquí, a medida que se consumen las moléculas de oxígeno, la presión cae dentro de la cámara del respirómetro y un líquido coloreado dentro de un pequeño tubo capilar es arrastrado en la dirección de la presión disminuida. A continuación, podemos estimar la cantidad de gas que queda en el tubo del respirómetro leyendo el valor en el nivel del manómetro. Este sistema versátil se puede configurar con muchas variables diferentes, como diferentes temperaturas, por ejemplo, y se puede usar para probar la tasa de respiración en muchos tipos diferentes de organismos vivos.
En este laboratorio, utilizará un respirómetro y un manómetro para medir la tasa de respiración de las semillas en germinación.
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Todo lo que está vivo requiere una fuente de energía para alimentar sus actividades. En última instancia, esa fuente de energía es el sol. Entonces, ¿cómo aprovecharon los organismos de la Tierra esta energía? Todo comienza con los fotosintetizadores. Estos organismos son capaces de tomar dióxido de carbono y agua y luego usar la energía capturada del sol como fotones para forzar a estas moléculas a unirse, produciendo glucosa y oxígeno. La glucosa es la clave para el siguiente paso crítico, uno que casi todos los organismos utilizan de una forma u otra: la respiración celular. La respiración celular es llevada a cabo por enzimas, ya sea en la membrana celular en procariotas o en las mitocondrias en eucariotas.
La reacción química comienza descomponiendo la glucosa usando oxígeno para crear dióxido de carbono y agua nuevamente, pero en el proceso, la energía que originalmente se utilizó para hacer la molécula de glucosa va a dos nuevos lugares. Una de ellas es la síntesis de ATP, o moléculas de trifosfato de adenosina, una fuente de energía que las células pueden utilizar fácilmente. El resto se pierde en forma de calor. Hasta ahora, hemos estado hablando de un tipo de respiración celular que utiliza oxígeno, y esto se conoce como respiración aeróbica, pero algunos organismos y células son capaces de hacer respiración en ausencia de oxígeno. A esto se le llama respiración anaeróbica. Y en lugar de producir CO2 y agua, este proceso produce etanol como subproducto. La fermentación es un ejemplo de este tipo de respiración. Así es como la levadura es capaz de producir alcohol en recipientes sellados. Podemos usar una herramienta llamada respirómetro para medir la respiración aeróbica. En pocas palabras, este dispositivo mide la cantidad de oxígeno utilizada por un organismo, germinando semillas de plantas en este caso. Las semillas en germinación están respirando, lo que significa que podemos esperar que estén consumiendo oxígeno y liberando dióxido de carbono. Todavía no tienen sus partes verdes, por lo que no están realizando la fotosíntesis.
La medición de la respiración en un respirómetro utiliza un método inteligente basado en la ley de los gases ideales, P por V es igual a n por R por T. P es la presión del sistema. V es el volumen del gas. n es el número de moles de gas presentes. R es la constante de gas ideal... y T es la temperatura absoluta. En pocas palabras, esto significa que puede averiguar cuántas moléculas de gas están presentes en una muestra midiendo su volumen, suponiendo que conozca la presión y la temperatura, porque R es una constante.
Los respirómetros contienen hidróxido de potasio, que atrapa el dióxido de carbono en forma sólida como carbonato de potasio. Entonces, debido a la respiración celular, el oxígeno en el tubo sellado es utilizado por las semillas y liberan dióxido de carbono, que a su vez queda atrapado como carbonato de potasio. Por lo tanto, a medida que avanza la respiración celular, el volumen total de gas dentro del sistema disminuye. Podemos cuantificar esto conectando el respirómetro a un dispositivo llamado manómetro. Aquí, a medida que se consumen las moléculas de oxígeno, la presión cae dentro de la cámara del respirómetro y un líquido coloreado dentro de un pequeño tubo capilar es arrastrado en la dirección de la presión disminuida. A continuación, podemos estimar la cantidad de gas que queda en el tubo del respirómetro leyendo el valor en el nivel del manómetro. Este sistema versátil se puede configurar con muchas variables diferentes, como diferentes temperaturas, por ejemplo, y se puede usar para probar la tasa de respiración en muchos tipos diferentes de organismos vivos.
En este laboratorio, utilizará un respirómetro y un manómetro para medir la tasa de respiración de las semillas en germinación.
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Q1: Why do organisms need cellular respiration?
Organisms need cellular respiration to harvest energy from glucose and other biomolecules for cellular functions like growth, repair, and movement. Cellular respiration breaks down glucose using oxygen to produce ATP, the energy currency cells can readily use. The process also releases heat as a byproduct, making energy available throughout the organism.
Q2: What is the difference between aerobic and anaerobic respiration?
Aerobic respiration requires oxygen and completely breaks down glucose into carbon dioxide and water, producing significant ATP. Anaerobic respiration occurs without oxygen and produces fewer ATP molecules. Fermentation, a type of anaerobic respiration, generates ethanol or lactic acid as byproducts instead of carbon dioxide and water.
Q3: How does a respirometer measure cellular respiration?
A respirometer measures oxygen consumption by organisms using the ideal gas law principle. Potassium hydroxide inside the respirometer traps carbon dioxide as potassium carbonate. As cells consume oxygen and release carbon dioxide, the total gas volume decreases, causing pressure to drop. A manometer attached to the respirometer detects this pressure change, allowing scientists to quantify oxygen used.
Q4: What role does the mitochondria play in cellular respiration?
In eukaryotes, the mitochondria is the primary site where cellular respiration occurs. Enzymes in the mitochondria carry out the breakdown of glucose through the Krebs cycle and oxidative phosphorylation, generating most of the ATP used by cells. Mitochondrial health directly affects an organism's energy production and overall cellular function.
Q5: How are photosynthesis and cellular respiration related?
Photosynthesis and cellular respiration are opposite processes. Photosynthesis produces glucose and oxygen from carbon dioxide and water using sunlight energy. Cellular respiration uses that glucose and oxygen to produce carbon dioxide, water, and ATP. The products of one process serve as reactants for the other, creating a continuous cycle of energy and matter in ecosystems.
Q6: Why do germinating seeds consume oxygen in a respirometer?
Germinating seeds are actively respiring because they lack green parts and cannot photosynthesize, so they depend entirely on stored energy. They break down glucose through cellular respiration to produce ATP for growth and development. This active respiration consumes oxygen and releases carbon dioxide, which is why oxygen levels decrease measurably in a sealed respirometer.
Q7: What does the ideal gas law tell us about gas molecules in a respirometer?
The ideal gas law states that the number of gas molecules in a container can be determined from pressure, volume, and temperature. In a respirometer, as organisms consume oxygen through respiration, the total number of gas molecules decreases, lowering pressure inside the sealed chamber. By measuring pressure changes, scientists can calculate exactly how much oxygen was consumed using this mathematical relationship.