Cellulaire ademhaling

Alles wat leeft, heeft een energiebron nodig om zijn activiteiten aan te drijven. Uiteindelijk is die energiebron de zon. Hoe hebben de organismen op aarde deze energie dan gevangen? Het begint allemaal met de fotosynthesizers. Deze organismen zijn in staat om koolstofdioxide en water op te nemen en vervolgens de energie die van de zon wordt gevangen als fotonen te gebruiken om deze moleculen samen te voegen, waardoor glucose en zuurstof worden geproduceerd. De glucose is de sleutel tot de volgende cruciale stap, een die bijna alle organismen in een of andere vorm gebruiken - cellulaire ademhaling. Cellulaire ademhaling wordt uitgevoerd door enzymen, hetzij in het celmembraan in prokaryoten of in de mitochondriën in eukaryoten.

De chemische reactie begint met het afbreken van de glucose met behulp van zuurstof om weer koolstofdioxide en water te creëren, maar in het proces gaat de energie die oorspronkelijk in het maken van de glucosemolecule zat naar twee nieuwe plaatsen. Een is in het synthetiseren van ATP, of adenosinetrifosfaatmoleculen, een energiebron die cellen gemakkelijk kunnen gebruiken. De rest gaat verloren als warmte. Tot nu toe hebben we het gehad over een soort cellulaire ademhaling die zuurstof gebruikt, en dit wordt aëroob ademhalingsproces genoemd, maar sommige organismen en cellen zijn in staat om ademhaling te doen in afwezigheid van zuurstof. Dit wordt anaërobe ademhaling genoemd. En in plaats van CO2 en water te produceren, maakt dit proces ethanol als bijproduct. Fermentatie is een voorbeeld van dit type ademhaling. Dit is hoe gist in afgesloten containers alcohol kan produceren. We kunnen een hulpmiddel gebruiken dat een respirometer wordt genoemd om aërobe ademhaling te meten. Heel eenvoudig, dit apparaat meet de hoeveelheid zuurstof die door een organisme wordt gebruikt, in dit geval kiemkomen van plantenzaden. Kiemkomen ademen, wat betekent dat we kunnen verwachten dat ze zuurstof verbruiken en koolstofdioxide vrijgeven. Ze hebben nog niet hun groene delen, dus ze zijn niet aan het fotosynthetiseren.

Het meten van ademhaling in een respirometer gebruikt een slimme methode op basis van de ideale gaswet, P keer V gelijk aan n keer R keer T. P is de druk van het systeem. V is het volume van het gas. n is het aantal mol gas dat aanwezig is. R is de ideale gasconstante... en T is de absolute temperatuur. Gewoon samengevat betekent dit dat je kunt uitvinden hoeveel gasmoleculen er in een monster aanwezig zijn door het volume te meten, ervan uitgaande dat je de druk en temperatuur kent, omdat R een constante is.

Respirometers bevatten kaliumhydroxide, dat koolstofdioxide in vaste vorm van kaliumcarbonaat vangt. Dus door cellulaire ademhaling wordt de zuurstof in de afgesloten buis gebruikt door de zaden en ze geven koolstofdioxide af, dat op zijn beurt wordt vastgehouden als kaliumcarbonaat. Dus naarmate cellulaire ademhaling vordert, neemt het totale volume gas binnen het systeem af. We kunnen dit kwantificeren door de respirometer aan te sluiten op een apparaat dat een manomeer wordt genoemd. Hier, terwijl de zuurstofmoleculen worden verbruikt, daalt de druk in de respirometerkamer en een gekleurde vloeistof in een kleine capillaire buis wordt in de richting van de verlaagde druk getrokken. We kunnen dan de hoeveelheid gas die nog in de respirometerbuis aanwezig is, schatten door de waarde op het manomeerniveau af te lezen. Dit veelzijdige systeem kan worden ingesteld met veel verschillende variabelen, zoals verschillende temperaturen bijvoorbeeld, en kan worden gebruikt om de ademhalingssnelheid in veel verschillende soorten levende organismen te testen.

In deze lab zul je een respirometer en manomeer gebruiken om de ademhalingssnelheid van kiemkomen van plantenzaden te meten.