נשימה תאית

כל מה שחי זקוק למקור אנרגיה כדי לתדלק את פעילותו. בסופו של דבר, מקור האנרגיה הזה הוא השמש. כיצד, אם כן, רתמו האורגניזמים על כדור הארץ את האנרגיה הזו? הכל מתחיל בפוטוסינתיסייזרים. אורגניזמים אלה מסוגלים לקחת פחמן דו-חמצני ומים ולאחר מכן להשתמש באנרגיה שנלכדה מהשמש כפוטונים כדי לאלץ את המולקולות האלה יחד, לייצר גלוקוז וחמצן. הגלוקוז הוא המפתח לשלב הקריטי הבא, כזה שכמעט כל האורגניזמים משתמשים בו בצורה זו או אחרת - נשימה תאית. נשימה תאית מתבצעת על ידי אנזימים, או בקרום התא בפרוקריוטים או במיטוכונדריה באיקריוטים.

התגובה הכימית מתחילה בפירוק הגלוקוז באמצעות חמצן כדי ליצור שוב פחמן דו-חמצני ומים, אך בתהליך, האנרגיה שהושקעה במקור בייצור מולקולת הגלוקוז מגיעה לשני מקומות חדשים. אחת מהן היא סינתזה של מולקולות ATP, או אדנוזין טריפוספט, מקור אנרגיה שתאים יכולים להשתמש בו בקלות. השאר הולך לאיבוד כחום. עד כה, דיברנו על סוג של נשימה תאית המשתמשת בחמצן, וזה נקרא נשימה אירובית, אבל כמה אורגניזמים ותאים מסוגלים לעשות נשימה בהיעדר חמצן. זה נקרא נשימה אנאירובית. ובמקום לייצר CO2 ומים, תהליך זה מייצר אתנול כתוצר לוואי. תסיסה היא דוגמה לסוג זה של נשימה. כך שמרים מסוגלים לייצר אלכוהול במיכלים אטומים. אנו יכולים להשתמש בכלי שנקרא רספירומטר כדי למדוד נשימה אירובית. בפשטות, מכשיר זה מודד את כמות החמצן המשמשת אורגניזם, נובט זרעי צמחים במקרה זה. זרעים נובטים נושמים, מה שאומר שאנו יכולים לצפות שהם ישתמשו בחמצן וישחררו פחמן דו חמצני. עדיין אין להם את החלקים הירוקים שלהם, אז הם לא עושים פוטוסינתזה.

מדידת נשימה ברספירומטר משתמשת בשיטה חכמה המבוססת על חוק הגז האידיאלי, P פעמים V שווה n פעמים R פעמים T. P הוא הלחץ של המערכת. V הוא נפח הגז. n הוא מספר השומות של הגז הקיימות. R הוא קבוע הגז האידיאלי... ו-T היא הטמפרטורה המוחלטת. לסיכום פשוט, זה אומר שאתה יכול להבין כמה מולקולות של גז נמצאות בדגימה על ידי מדידת הנפח שלה, בהנחה שאתה יודע את הלחץ והטמפרטורה, כי R הוא קבוע.

רספירומטרים מכילים אשלגן הידרוקסיד, אשר לוכד פחמן דו חמצני בצורה מוצקה כמו אשלגן פחמתי. לכן, בשל הנשימה התאית, החמצן בצינור האטום מנוצל על ידי הזרעים, והם משחררים פחמן דו חמצני, שבתורו נלכד כאשלגן פחמתי. לכן, ככל שהנשימה התאית מתקדמת, נפח הגז הכולל בתוך המערכת פוחת. אנו יכולים לכמת זאת על ידי הצמדת הרספירומטר למכשיר שנקרא מנומטר. כאן, כאשר מולקולות החמצן נצרכות, הלחץ יורד בתוך תא הרספירומטר, ונוזל צבעוני בתוך צינור נימי זעיר נמשך לכיוון הלחץ המופחת. לאחר מכן אנו יכולים להעריך את כמות הגז שנותרה בצינור הרספירומטר על ידי קריאת הערך ברמת המנומטר. מערכת רב-תכליתית זו יכולה להיות מוגדרת עם משתנים רבים ושונים, כמו טמפרטורות שונות למשל, וניתן להשתמש בה כדי לבחון את קצב הנשימה בסוגים רבים ושונים של אורגניזמים חיים.

במעבדה זו תשתמשו ברספירומטר ובמנומטר כדי למדוד את קצב הנשימה של זרעים נובטים.