Respiração celular
Autótrofos e heterótrofos
Os organismos vivos requerem uma entrada contínua de energia para manter as funções celulares e do organismo, como crescimen…
Tudo o que está vivo requer uma fonte de energia para alimentar suas atividades. Em última análise, essa fonte de energia é o sol. Como então os organismos na Terra aproveitaram essa energia? Tudo começa com os fotossintetizadores. Esses organismos são capazes de pegar dióxido de carbono e água e, em seguida, usar a energia capturada do sol como fótons para forçar essas moléculas a se unirem, produzindo glicose e oxigênio. A glicose é a chave para o próximo passo crítico, que quase todos os organismos usam de uma forma ou de outra - a respiração celular. A respiração celular é realizada por enzimas, seja na membrana celular dos procariontes ou nas mitocôndrias dos eucariotos.
A reação química começa quebrando a glicose usando oxigênio para criar dióxido de carbono e água novamente, mas no processo, a energia que originalmente foi usada para fazer a molécula de glicose vai para dois novos lugares. Uma delas é sintetizar ATP, ou moléculas de trifosfato de adenosina, uma fonte de energia que as células podem usar prontamente. O resto é perdido como calor. Até agora, falamos sobre um tipo de respiração celular que usa oxigênio, e isso é chamado de respiração aeróbica, mas alguns organismos e células são capazes de respirar na ausência de oxigênio. Isso é chamado de respiração anaeróbica. E em vez de produzir CO2 e água, esse processo faz o etanol como subproduto. A fermentação é um exemplo desse tipo de respiração. É assim que as leveduras são capazes de produzir álcool em recipientes lacrados. Podemos usar uma ferramenta chamada respirômetro para medir a respiração aeróbica. Muito simplesmente, este dispositivo mede a quantidade de oxigênio usada por um organismo, germinando sementes de plantas neste caso. As sementes em germinação estão respirando, o que significa que podemos esperar que elas usem oxigênio e liberem dióxido de carbono. Eles ainda não têm suas partes verdes, então não estão fotossintetizando.
Medir a respiração em um respirômetro usa um método inteligente baseado na lei dos gases ideais, P vezes V é igual a n vezes R vezes T. P é a pressão do sistema. V é o volume do gás. n é o número de moles de gás presentes. R é a constante ideal do gás... e T é a temperatura absoluta. Resumindo, isso significa que você pode descobrir quantas moléculas de gás estão presentes em uma amostra medindo seu volume, supondo que você conheça a pressão e a temperatura, porque R é uma constante.
Os respirômetros contêm hidróxido de potássio, que retém o dióxido de carbono na forma sólida como carbonato de potássio. Assim, devido à respiração celular, o oxigênio no tubo selado é usado pelas sementes e elas liberam dióxido de carbono, que por sua vez fica preso como carbonato de potássio. Assim, à medida que a respiração celular progride, o volume total de gás dentro do sistema diminui. Podemos quantificar isso conectando o respirômetro a um dispositivo chamado manômetro. Aqui, à medida que as moléculas de oxigênio são consumidas, a pressão cai dentro da câmara do respirômetro e um líquido colorido dentro de um minúsculo tubo capilar é puxado na direção da diminuição da pressão. Podemos então estimar a quantidade de gás restante no tubo do respirômetro lendo o valor no nível do manômetro. Este sistema versátil pode ser configurado com muitas variáveis diferentes, como diferentes temperaturas, por exemplo, e pode ser usado para testar a taxa de respiração em muitos tipos diferentes de organismos vivos.
Neste laboratório, você usará um respirômetro e um manômetro para medir a taxa de respiração das sementes em germinação.
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Tudo o que está vivo requer uma fonte de energia para alimentar suas atividades. Em última análise, essa fonte de energia é o sol. Como então os organismos na Terra aproveitaram essa energia? Tudo começa com os fotossintetizadores. Esses organismos são capazes de pegar dióxido de carbono e água e, em seguida, usar a energia capturada do sol como fótons para forçar essas moléculas a se unirem, produzindo glicose e oxigênio. A glicose é a chave para o próximo passo crítico, que quase todos os organismos usam de uma forma ou de outra - a respiração celular. A respiração celular é realizada por enzimas, seja na membrana celular dos procariontes ou nas mitocôndrias dos eucariotos.
A reação química começa quebrando a glicose usando oxigênio para criar dióxido de carbono e água novamente, mas no processo, a energia que originalmente foi usada para fazer a molécula de glicose vai para dois novos lugares. Uma delas é sintetizar ATP, ou moléculas de trifosfato de adenosina, uma fonte de energia que as células podem usar prontamente. O resto é perdido como calor. Até agora, falamos sobre um tipo de respiração celular que usa oxigênio, e isso é chamado de respiração aeróbica, mas alguns organismos e células são capazes de respirar na ausência de oxigênio. Isso é chamado de respiração anaeróbica. E em vez de produzir CO2 e água, esse processo faz o etanol como subproduto. A fermentação é um exemplo desse tipo de respiração. É assim que as leveduras são capazes de produzir álcool em recipientes lacrados. Podemos usar uma ferramenta chamada respirômetro para medir a respiração aeróbica. Muito simplesmente, este dispositivo mede a quantidade de oxigênio usada por um organismo, germinando sementes de plantas neste caso. As sementes em germinação estão respirando, o que significa que podemos esperar que elas usem oxigênio e liberem dióxido de carbono. Eles ainda não têm suas partes verdes, então não estão fotossintetizando.
Medir a respiração em um respirômetro usa um método inteligente baseado na lei dos gases ideais, P vezes V é igual a n vezes R vezes T. P é a pressão do sistema. V é o volume do gás. n é o número de moles de gás presentes. R é a constante ideal do gás... e T é a temperatura absoluta. Resumindo, isso significa que você pode descobrir quantas moléculas de gás estão presentes em uma amostra medindo seu volume, supondo que você conheça a pressão e a temperatura, porque R é uma constante.
Os respirômetros contêm hidróxido de potássio, que retém o dióxido de carbono na forma sólida como carbonato de potássio. Assim, devido à respiração celular, o oxigênio no tubo selado é usado pelas sementes e elas liberam dióxido de carbono, que por sua vez fica preso como carbonato de potássio. Assim, à medida que a respiração celular progride, o volume total de gás dentro do sistema diminui. Podemos quantificar isso conectando o respirômetro a um dispositivo chamado manômetro. Aqui, à medida que as moléculas de oxigênio são consumidas, a pressão cai dentro da câmara do respirômetro e um líquido colorido dentro de um minúsculo tubo capilar é puxado na direção da diminuição da pressão. Podemos então estimar a quantidade de gás restante no tubo do respirômetro lendo o valor no nível do manômetro. Este sistema versátil pode ser configurado com muitas variáveis diferentes, como diferentes temperaturas, por exemplo, e pode ser usado para testar a taxa de respiração em muitos tipos diferentes de organismos vivos.
Neste laboratório, você usará um respirômetro e um manômetro para medir a taxa de respiração das sementes em germinação.
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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.