Respirazione cellulare

Tutto ciò che è vivo ha bisogno di una fonte di energia per alimentare le sue attività. In definitiva, quella fonte di energia è il sole. In che modo allora gli organismi sulla Terra hanno sfruttato questa energia? Tutto inizia con i fotosintetizzatori. Questi organismi sono in grado di prendere anidride carbonica e acqua e quindi utilizzare l'energia catturata dal sole sotto forma di fotoni per forzare queste molecole insieme, producendo glucosio e ossigeno. Il glucosio è la chiave per il prossimo passo critico, quello che quasi tutti gli organismi usano in una forma o nell'altra: la respirazione cellulare. La respirazione cellulare è effettuata da enzimi, sia nella membrana cellulare nei procarioti che nei mitocondri negli eucarioti.

La reazione chimica inizia scomponendo il glucosio utilizzando l'ossigeno per creare nuovamente anidride carbonica e acqua, ma nel processo, l'energia che originariamente è stata utilizzata per produrre la molecola di glucosio va in due nuovi posti. Uno è la sintesi di molecole di ATP, o adenosina trifosfato, una fonte di energia che le cellule possono facilmente utilizzare. Il resto si perde sotto forma di calore. Finora abbiamo parlato di un tipo di respirazione cellulare che utilizza l'ossigeno, e questa è indicata come respirazione aerobica, ma alcuni organismi e cellule sono in grado di fare respirazione in assenza di ossigeno. Questa è chiamata respirazione anaerobica. E invece di produrre CO2 e acqua, questo processo produce etanolo come sottoprodotto. La fermentazione è un esempio di questo tipo di respirazione. È così che il lievito è in grado di produrre alcol in contenitori sigillati. Possiamo usare uno strumento chiamato respirometro per misurare la respirazione aerobica. Molto semplicemente, questo dispositivo misura la quantità di ossigeno utilizzata da un organismo, in questo caso facendo germogliare i semi delle piante. I semi in germinazione respirano, il che significa che possiamo aspettarci che consumino ossigeno e rilascino anidride carbonica. Non hanno ancora le loro parti verdi, quindi non stanno fotosintetizzando.

La misurazione della respirazione in un respirometro utilizza un metodo intelligente basato sulla legge dei gas ideali, P per V è uguale a n volte R per T. P è la pressione del sistema. V è il volume del gas. n è il numero di moli di gas presenti. R è la costante di gas ideale... e T è la temperatura assoluta. In parole povere, ciò significa che è possibile capire quante molecole di gas sono presenti in un campione misurandone il volume, supponendo di conoscere la pressione e la temperatura, perché R è una costante.

I respirometri contengono idrossido di potassio, che intrappola l'anidride carbonica in forma solida come carbonato di potassio. Quindi, a causa della respirazione cellulare, l'ossigeno nel tubo sigillato viene utilizzato dai semi e rilasciano anidride carbonica, che a sua volta viene intrappolata come carbonato di potassio. Pertanto, con il progredire della respirazione cellulare, il volume totale di gas all'interno del sistema diminuisce. Possiamo quantificare questo collegando il respirometro a un dispositivo chiamato manometro. Qui, quando le molecole di ossigeno vengono consumate, la pressione scende all'interno della camera del respirometro e un liquido colorato all'interno di un minuscolo tubo capillare viene tirato nella direzione della pressione diminuita. Possiamo quindi stimare la quantità di gas rimanente nel tubo del respirometro leggendo il valore a livello del manometro. Questo versatile sistema può essere configurato con molte variabili diverse, come ad esempio temperature diverse, e può essere utilizzato per testare la frequenza respiratoria in molti tipi diversi di organismi viventi.

In questo laboratorio, utilizzerai un respirometro e un manometro per misurare la frequenza respiratoria dei semi in germinazione.