Oddychanie komórkowe

Wszystko, co żyje, potrzebuje źródła energii, które napędza jego działania. Ostatecznie tym źródłem energii jest słońce. W jaki więc sposób organizmy na Ziemi okiełznały tę energię? Wszystko zaczyna się od fotosyntezatorów. Organizmy te są w stanie pobierać dwutlenek węgla i wodę, a następnie wykorzystywać energię przechwyconą ze słońca jako fotony, aby zmusić te cząsteczki do połączenia, wytwarzając glukozę i tlen. Glukoza jest kluczem do następnego krytycznego kroku, którego prawie wszystkie organizmy używają w takiej czy innej formie - oddychania komórkowego. Oddychanie komórkowe odbywa się za pomocą enzymów w błonie komórkowej u prokariontów lub w mitochondriach u eukariontów.

Reakcja chemiczna rozpoczyna się od rozbicia glukozy za pomocą tlenu w celu ponownego wytworzenia dwutlenku węgla i wody, ale w tym procesie energia, która pierwotnie została wykorzystana do wytworzenia cząsteczki glukozy, trafia do dwóch nowych miejsc. Jednym z nich jest synteza ATP, czyli cząsteczek adenozynotrójfosforanu, źródła energii, z którego komórki mogą łatwo korzystać. Reszta jest tracona w postaci ciepła. Do tej pory mówiliśmy o rodzaju oddychania komórkowego, które wykorzystuje tlen i nazywa się to oddychaniem tlenowym, ale niektóre organizmy i komórki są zdolne do oddychania przy braku tlenu. Nazywa się to oddychaniem beztlenowym. Zamiast wytwarzać CO2 i wodę, proces ten sprawia, że etanol jest produktem ubocznym. Przykładem tego rodzaju oddychania jest fermentacja. W ten sposób drożdże są w stanie wytwarzać alkohol w szczelnie zamkniętych pojemnikach. Możemy użyć narzędzia zwanego respirometrem do pomiaru oddychania tlenowego. Po prostu to urządzenie mierzy ilość tlenu zużywanego przez organizm, w tym przypadku kiełkujące nasiona roślin. Kiełkujące nasiona oddychają, co oznacza, że możemy się spodziewać, że zużywają tlen i uwalniają dwutlenek węgla. Nie mają jeszcze swoich zielonych części, więc nie dokonują fotosyntezy.

Pomiar oddechu w respirometrze wykorzystuje sprytną metodę opartą na prawie gazu doskonałego, P razy V równa się n razy R razy T. P to ciśnienie w układzie. V jest objętością gazu. n to liczba moli obecnego gazu. R jest idealną stałą gazową, a T jest temperaturą bezwzględną. Podsumowując, oznacza to, że możesz dowiedzieć się, ile cząsteczek gazu jest obecnych w próbce, mierząc jej objętość, zakładając, że znasz ciśnienie i temperaturę, ponieważ R jest stałą.

Respirometry zawierają wodorotlenek potasu, który zatrzymuje dwutlenek węgla w postaci stałej jako węglan potasu. Tak więc, ze względu na oddychanie komórkowe, tlen w zamkniętej rurce jest zużywany przez nasiona i uwalniają dwutlenek węgla, który z kolei zostaje uwięziony jako węglan potasu. Tak więc, wraz z postępem oddychania komórkowego, całkowita objętość gazu wewnątrz systemu zmniejsza się. Możemy to określić ilościowo, podłączając respirometr do urządzenia zwanego manometrem. Tutaj, gdy cząsteczki tlenu są zużywane, ciśnienie spada w komorze respirometru, a kolorowa ciecz wewnątrz maleńkiej rurki kapilarnej jest ciągnięta w kierunku zmniejszonego ciśnienia. Następnie możemy oszacować ilość gazu pozostałego w rurce respirometru, odczytując wartość na poziomie manometru. Ten wszechstronny system może być skonfigurowany z wieloma różnymi zmiennymi, takimi jak na przykład różne temperatury, i może być używany do testowania tempa oddychania w wielu różnych typach organizmów żywych.

W tym laboratorium użyjesz respirometru i manometru do pomiaru tempa oddychania kiełkujących nasion.