Em formação

Laboratório típico de respiração celular com respirômetro - por que o hidróxido de potássio (KOH) é necessário?


Para contextualizar, se você não tiver certeza do que esta pergunta se refere, sinta-se à vontade para dar uma olhada neste vídeo da Bozeman Science e avançar para cerca de 2:00. Em um laboratório de respiração celular típico, em particular aquele delineado pelo College Board, um respirômetro e algumas ervilhas são usados ​​para medir a taxa de respiração. O que me confunde é por que o KOH (hidróxido de potássio) é necessário para que o volume interno do respirômetro não mude. Por que o sólido formado por 2KOH combinado com CO2 (K2CO3) não causaria alteração de volume, já que ocupa espaço no respirômetro assim como os gases? Desculpe se essa pergunta parece boba, eu tenho um conhecimento de química muito pobre.

Para obter uma animação, sinta-se à vontade para visualizar este link da Pearson.

Obrigado!


O precipitado sólido não contribui tanto para a pressão dentro do frasco quanto o gás. Intuitivamente, a molécula gasosa contribui para a pressão por meio de colisões que exercem força no vaso (o que empurraria a água para fora). Em contrapartida, o precipitado sólido só contribui para a pressão na medida em que diminui o volume do vaso, o que é desprezível em comparação com a perda de energia cinética por molécula de gás.

Basicamente, só porque ambos ocupam espaço, não significa que ocupem o mesmo espaço (ou melhor, não contribuem igualmente para a pressão no frasco). Os gases tendem a ocupar mais espaço do que as moléculas de fase líquida ou sólida de tamanho idêntico, devido à sua energia cinética de movimento e à força de suas colisões em seus arredores. O KOH reage com o CO2 para removê-lo do pool de moléculas de gás de alta energia, convertendo-as em moléculas de baixa energia no sólido. Com o menor número de moléculas contribuindo para a pressão (lei dos gases ideais), a pressão é reduzida e a força da água torna-se maior que a força do gás, e a água entra no respirômetro.


Relatório do laboratório de respiração celular

O objetivo deste laboratório foi medir a mudança de temperatura da respiração germinativa e não germinativa por meio de um respirômetro. Isso foi feito usando uma seringa para criar um respirômetro para as sementes de avião e um béquer cheio de água aquecida, em seguida, dentro da seringa estava o fluido de manômetro e o hidróxido de potássio que foram usados ​​para medir as mudanças e tirar o oxigênio das sementes da planta . Nossos resultados deste laboratório estavam incorretos e varejistas de outros grupos porque a vedação dos respirômetros foi colocada de maneira inadequada, fazendo com que o experimento não ocorresse da maneira que a maioria teria sido coletada.

Neste laboratório, nosso foco foi na respiração celular de sementes de plantas em germinação e não germinação. A respiração celular é o processo de oxidação das moléculas de alimentos, como a glicose, em dióxido de carbono e água.

Monômero vermelho fluido, 2 gotas

sementes, controle, feijão mungo, 10

sementes, germinando, feijão mungo, 10

solução de hidróxido de potássio, KOH, 15%, 1 m:

água, torneira, temperatura ambiente, 1L

pinça ou clipe de papel dobrado

Procedimento para construção de respirômetro-

1. Empurre o êmbolo totalmente para dentro da seringa

2. Cole uma porca sextavada com cola quente na extremidade do êmbolo para adicionar peso

3. Insira um tubo capilar na extremidade da seringa de modo que cerca de metade fique do lado de fora e o outro cabo seja empurrado totalmente para dentro

4. Adicione um pouco de cola quente ao tubo capilar para garantir sua estabilidade & # x27

5. Puxe suavemente o êmbolo depois que a cola esfriar para garantir que o tubo capilar se mova sozinho com ele e não esteja preso

6. Repita as etapas 1-6 para o segundo respirômetro

Procedimento para atividade de linha de base

1. Encha um copo com 16 onças de água da torneira à temperatura ambiente

2. Coloque o termômetro na água

3. Puxe uma pequena quantidade de monômero vermelho para dentro do tubo capilar e puxe-a para baixo ao longo do tubo. Em seguida, esguiche tudo de volta para que permaneça um casaco com sabão. Isso fará com que as substâncias não grudem no tubo.

4. Coloque 1/2 de uma bola de algodão em cada respirômetro

5. Use a haste de agitação de vidro para empurrar a bola de algodão próximo ao tubo capilar

6. Use uma pipeta graduada para inserir 0,5 mL de hidróxido de potássio a 15% na bola de algodão

7. Coloque um pouco de fibra não absorvente em cada respirômetro

8. Use a vareta de agitação de vidro para empurrar o enchimento de fibras próximo à bola de algodão. Isso garantirá que nenhuma amostra será consumida pela solução alcalina.

9. Repita as etapas 3-8 para o segundo respirômetro

10. Coloque 10 feijões-mungo germinados em um respirômetro e 10 feijões-mungo controlados no outro

11. Coloque o tubo capilar voltado para baixo em direção à pia e recoloque o êmbolo até 4 mL

12. Coloque os dois respirômetros no copo de água com os tubos capilares voltados para fora

14. Use uma pipeta para adicionar fluido de monômero vermelho em cada ponta do tubo capilar

15. Se o fluido estiver sendo ejetado, isso significa que há um vazamento no respirômetro, cole novamente se necessário

16. Use um marcador permanente para marcar a progressão do monômero vermelho por 10 minutos. Registre também a temperatura.

17. Remova os respirômetros da água e seque-os

18. Use uma régua para medir a distância entre cada marca

19. Calcule o volume adicionando ou subtraindo a diferença entre o tubo germinado e o tubo controlado

20. Construa um gráfico para mostrar a taxa de respiração

Nossos resultados finais foram falhos porque nossas sementes germinadas no tubo capilar apresentaram um erro. A vedação não foi devidamente colada a quente, resultando na fotossíntese mais forte do que a respiração. Isso fez com que o monômero vermelho fosse empurrado para fora em vez de puxado para dentro. Nosso tubo de ensaio controlado fez o que deveria e o monômero vermelho ficou imóvel.

No laboratório, o CO2 produzido durante a respiração celular foi removido pelo hidróxido de potássio (KOH) e criado carbonato de potássio (K2CO3). Era necessário que o gás carbônico fosse removido para que a variação do volume de gás no respirômetro fosse diretamente proporcional à quantidade de oxigênio consumida. No experimento, a água foi movida em direção à região de menor pressão. Durante a respiração, o oxigênio será consumido e seu volume será reduzido a um sólido. O resultado foi uma diminuição no volume do gás dentro do tubo e uma diminuição relacionada na pressão no tubo. Se tivéssemos configurado o respirômetro com as contas de vidro, ele serviria como um controle, permitindo mudanças no volume devido às mudanças na pressão atmosférica e / ou temperatura.

O laboratório e os resultados obtidos neste laboratório demonstraram muitas coisas importantes relacionadas à respiração celular. Ele mostrou que as taxas de respiração celular são maiores no feijão mungo em germinação do que no feijão mungo não germinativo. Ele também mostrou que a temperatura e as taxas de respiração são diretamente proporcionais à medida que a temperatura aumenta, as taxas de respiração também aumentam. Por causa desse fato, os feijões-mungo contidos nos respirômetros colocados na água a 10C carregavam a respiração celular a uma taxa mais baixa do que os feijões-mungo em respirômetros colocados em água à temperatura ambiente. Os feijões mungo não germinantes consumiam muito menos oxigênio do que os feijões mungo em germinação. Isso ocorre porque, embora os feijões-mungo em germinação e não-germinação estejam vivos, os feijões-mungo em germinação requerem que maiores quantidades de oxigênio sejam consumidas para que a semente continue a crescer e sobreviver


Nível de educação

Sujeito

Introdução

A respiração celular se refere ao processo de conversão da energia química das moléculas orgânicas em uma forma imediatamente utilizável pelos organismos. A glicose pode ser completamente oxidada se oxigênio suficiente estiver disponível e é resumida pela seguinte reação:

Todos os organismos, incluindo plantas e animais, oxidam a glicose para obter energia. Freqüentemente, essa energia é usada para converter ADP e fosfato em ATP.

Para medir a taxa de respiração celular, a mudança de pressão devido ao consumo de oxigênio pelas ervilhas será medida com um Sensor de Pressão de Gás. Não é possível medir diretamente as mudanças de pressão devido ao oxigênio, uma vez que o Sensor de Pressão de Gás mede a mudança total de pressão. O dióxido de carbono é produzido à medida que o oxigênio é consumido. A pressão devido ao CO2 pode cancelar qualquer alteração devido ao consumo de oxigênio. Para eliminar este problema, será adicionado um produto químico que removerá seletivamente o CO2. O hidróxido de potássio, KOH, reagirá quimicamente com o CO2 pela seguinte equação:

Isso permitirá que você monitore as mudanças de pressão exclusivamente devido ao consumo de oxigênio.

UMA respirômetro é o sistema usado para medir a respiração celular. As mudanças de pressão no respirômetro são diretamente proporcionais a uma mudança na quantidade de gás no respirômetro, desde que o volume e a temperatura do respirômetro não mudem. Se você deseja comparar o consumo de oxigênio em dois respirômetros diferentes, como faremos neste experimento, você deve manter o volume e a temperatura do ar iguais em cada respirômetro.

Ervilhas germinativas e não germinativas serão testadas. Além disso, a respiração celular de ervilhas em germinação em duas temperaturas diferentes será testada.

Objetivos

Neste experimento, você vai

  • Meça a produção de gás.
  • Estude o efeito da temperatura na respiração celular.
  • Determine se as ervilhas em germinação e as não germinativas respiram.
  • Compare as taxas de respiração celular em ervilhas em germinação e não germinantes.

Sensores e Equipamentos

Este experimento apresenta os seguintes sensores e equipamentos. Pode ser necessário equipamento adicional.

Opção 1

Opção 2

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Sessão PHPsessãosessãoUsado para armazenar resultados de API para melhor desempenho
WooCommerce: carrinhotemporáriosessão Ajuda o WooCommerce a determinar quando o conteúdo / dados do carrinho são alterados.
WooCommerce: itens no carrinhosessãosessão Ajuda o WooCommerce a determinar quando o conteúdo / dados do carrinho são alterados.
WooCommerce: Sessãopersistente2 dias Ajuda o WooCommerce criando um código exclusivo para cada cliente, de forma que ele saiba onde encontrar os dados do carrinho no banco de dados de cada cliente.
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Laboratório de respiração de cinco células

RESPIRAÇÃO DE CINCO CÉLULAS DO LABORATÓRIO
INTRODUÇÃO
A respiração celular aeróbica é a liberação de energia de compostos orgânicos de compostos orgânicos por oxidação química metabólica nas mitocôndrias dentro de cada célula. A respiração celular envolve uma série de reações mediadas por enzimas. A equação abaixo mostra a oxidação completa da glicose. O oxigênio é necessário para que ocorra esse processo de liberação de energia. C6H12O6 + 6O2 - & gt 6CO2 + 6H2O + 686 quilocalorias de energia / mol de glicose oxidada OBJETIVO Este laboratório forneceu o processo de respiração celular e como ela é afetada pela temperatura nas sementes de ervilha em germinação e dormente. A respiração celular é um processo catabólico produtor de ATP no qual o receptor de elétrons é uma molécula inorgânica. É a liberação de energia de compostos orgânicos por oxidação química nas mitocôndrias dentro de cada célula. Carboidratos, proteínas e gorduras podem ser metabolizados, mas a respiração celular geralmente envolve glicose: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 686 Kcal de energia / mol de glicose oxidada. A respiração celular envolve a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. A glicólise é uma via catabólica que ocorre no citosol e oxida parcialmente a glicose em dois piruvatos (3-C). O ciclo de Krebs ocorre na mitocôndria e decompõe um piruvato (acetil-CoA) em dióxido de carbono. Esses dois ciclos produzem uma pequena quantidade de ATP por fosforilação em nível de substrato e NADH pela transferência de elétrons do substrato para o NAD +. O ciclo de Krebs também produz FADH2 transferindo elétrons para FAD. A cadeia de transporte de elétrons está localizada na membrana interna da mitocôndria e aceita elétrons energizados de enzimas que são coletadas durante a glicólise e o ciclo de Krebs, e acopla esse deslizamento exergônico de elétrons à síntese de ATP ou fosforilação oxidativa. Este processo produz a maior parte do ATP. A respiração celular pode ser medida de duas maneiras: o consumo de O2 (quantos mols de O2 são consumidos na respiração celular) e a produção de CO2 (quantos mols de CO2 são produzidos na respiração celular). PV = nRT é a fórmula para a lei do gás inerte, onde P é a pressão do gás, V é o volume do gás, n é o número de moléculas do gás, R é a constante do gás e T é a temperatura de o gás em graus K. Esta lei mostra várias coisas importantes sobre os gases. Se a temperatura e a pressão forem mantidas constantes, o volume do gás é diretamente proporcional ao número de moléculas do gás. Se a temperatura e o volume permanecerem constantes, a pressão do gás mudará em proporção direta ao número de moléculas do gás. Se o número de moléculas de gás e a temperatura permanecerem constantes, a pressão será inversamente proporcional ao volume. Se a temperatura mudar e o número de moléculas de gás for mantido constante, a pressão ou o volume, ou ambos, mudarão em proporção direta à temperatura. Materiais Os materiais são necessários para o laboratório: 2 termômetros, 2 banhos rasos, água da torneira, gelo, toalhas de papel, fita adesiva, ervilhas em germinação, ervilhas não germinativas (secas), contas de vidro, cilindro graduado de 100 mL, 6 frascos, 6 borracha rolhas, algodão absorvente e não absorvente, KOH, pipeta de 5 mL, cola de silicone, papel, lápis, cronômetro e 6 arruelas. Hipótese O respirômetro com apenas ervilhas em germinação consumirá a maior quantidade de oxigênio e converterá a maior quantidade de CO2 em K2CO3 do que os respirômetros com contas e ervilhas secas e apenas com contas. A temperatura dos banhos-maria afeta diretamente a taxa de consumo de oxigênio pelo conteúdo dos respirômetros (quanto mais alta a temperatura, maior a taxa de consumo). Temp (° C) | Tempo (min) | Beads Alone | Ervilhas em germinação | Ervilhas secas e contas de amp sozinho | | | Lendo na hora x | Diferença | Lendo na hora x | Diferença | Diferença corrigida | Lendo na hora x | Diferença | Diferença corrigida | 21 ° C | 0 | .9mL | 0 | .9mL | 0 | 0 | .9 | 0 | 0 |

21 ° C | 5 | .9mL | 0 | .85mL | .05 | .05 | .87 | .02 | .02 | 21 ° C | 10 .95mL | .05 | .82mL | .08 | .13 | .87 | .02 | .07 | 21 ° C | 15 .95mL | .05 | .79mL | .11 | .16 | .86 | .03 | .08 | 21 ° C | 20 .95mL | .05 | .74mL | .16 | .21 | .86 | .03 | .08 | 10 ° C | 0 | .95mL | 0 | .92mL | 0 | 0 | .91mL | 0 | 0 |

10 ° C | 5 | .94mL | .01 | .88mL | .04 | .03 | .90mL | .01 | 0 | 10 ° C | 10 .92mL | .03 | .85mL | .07 | .04 | .87mL | .04 | .01 | 10 ° C | 15 .93mL | .02 | .83mL | .09 | .07 | .86mL | .05 | .03 | 10 ° C | 20 .93mL | .02 | .83mL | .12 | .10 | .85mL | .06 | .04 | Resultados

1. Nesta atividade, você está investigando o efeito da germinação versus não germinação e da temperatura quente versus temperatura fria na taxa de respiração. Duas hipóteses. As ervilhas em germinação devem consumir mais oxigênio do que as não germinativas. Ervilhas germinando em temperaturas quentes devem consumir mais oxigênio do que ervilhas germinando em temperaturas frias. 2. Esta atividade usa vários controles. Que condições devem ser mantidas constantes? Banhos de água mantidos em temperatura constante O volume de KOH é igual em todos os tubos. O tempo de equilíbrio é idêntico para todos os respirômetros. 3. Descrever e explicar a relação entre a quantidade de oxigênio consumido e o tempo? A quantidade de oxigênio consumido foi maior na germinação de ervilhas em água quente. O consumo de oxigênio aumentou com o tempo nas ervilhas em germinação. 4

Condição | Mostrar cálculos | Taxa em mL O / minuto |
Ervilhas em germinação a 10oC | 2,3-1,5 = 0,8 / 5 | .16mL O2 / minuto | Ervilhas em germinação à temperatura ambiente | 4,6-3,1 / 5 | .3mL O2 / minuto | Ervilhas secas a 10oC | (.1) / 5 = | 0,02 mL O2 / minuto |
Ervilhas secas à temperatura ambiente | (.2-0) / 5 = | 0,04 mL O 2 / minuto |


6. Por que é necessário corrigir as leituras das ervilhas com as leituras das contas? As contas não realizaram respiração celular. As ervilhas sim.Mudanças na pressão atmosférica podem ter causado mudanças na frequência respiratória e a correção das leituras forneceu os resultados mais precisos nas condições dadas. 7. Explique o efeito da germinação versus não germinação na respiração das sementes de ervilha. A germinação causa uma maior taxa de respiração do que as ervilhas não germinantes. 9. Qual é o propósito do KOH neste experimento? O KOH remove o dióxido de carbono formado durante a respiração celular. 10. Porque é que o frasco para injectáveis ​​tem de ser completamente fechado à volta da rolha? A rolha foi completamente selada para evitar a entrada de água no respirômetro. 11. Se você usou o mesmo desenho experimental para comparar as taxas de respiração de 25g. réptil e um 25 g. mamífero a 10oC que resultados você esperaria? Explique seu raciocínio. O mamífero realizaria uma taxa mais alta de respiração celular. Isso ocorre porque o mamífero mantém uma temperatura constante que é superior à temperatura dos répteis de sangue frio que terão uma temperatura de 10 ° C. 12. Se a respiração em um pequeno mamífero foi estudada em temperatura ambiente de 21 ° C e 10 ° C, o que resulta você preveria? Explique seu raciocínio. A taxa de respiração celular seria mais alta a 21 graus C porque a temperatura de 10 graus C poderia fazer com que a temperatura total do corpo do mamífero caísse ao máximo. 13. Explique por que a água se moveu para as pipetas dos respirômetros. A água moveu-se para as pipetas porque o oxigênio estava sendo consumido e permitiu que a água se movesse apenas parcialmente para a pipeta. 14. Projete um experimento para examinar as taxas de respiração celular em ervilhas que estiveram germinando por 0, 24, 48 e 72 horas. Que resultados você espera? Porque? Eu usaria o mesmo formato usando respirômetros para medir a taxa de respiração celular das ervilhas. As ervilhas que estiveram germinando por 72 horas teriam uma taxa respiratória mais alta porque têm uma maior demanda de energia.

Conclusão:
O laboratório demonstrou muitas coisas importantes relacionadas à respiração celular. Ele mostrou que as taxas de respiração celular são maiores em ervilhas em germinação do que em ervilhas não germinantes. Ele também mostrou que a temperatura e as taxas de respiração são diretamente proporcionais à medida que a temperatura aumenta, as taxas de respiração também aumentam. Devido a esse fato, os respirômetros colocados na água a 10 oC exibiram uma taxa de respiração celular mais baixa do que os respirômetros colocados na água em temperatura ambiente. As ervilhas que não germinaram consumiram muito menos oxigênio do que as que germinaram. Isso ocorre porque, embora as ervilhas em germinação e não germinação estejam vivas, as ervilhas em germinação requerem que uma quantidade maior de oxigênio seja consumida para que a semente continue a crescer e sobreviver. No laboratório, o CO2 produzido durante a respiração celular foi removido pelo hidróxido de potássio (KOH) e criado carbonato de potássio (K2CO3). Era necessário que o gás carbônico fosse removido para que a variação do volume de gás no respirômetro fosse diretamente proporcional à quantidade de oxigênio consumida. O resultado foi uma diminuição no volume do gás dentro do tubo e uma diminuição relacionada na pressão no tubo. O respirômetro com apenas as contas de vidro serviu como um grupo de controle que não sofreu respiração celular. Vários erros podem ter ocorrido em todo o laboratório. A temperatura dos banhos pode ter oscilado, o que mudaria a temperatura nos frascos. As quantidades de ervilhas, contas, KOH e algodão podem ter variado de frasco para frasco. O ar pode ter penetrado no frasco por meio de uma rolha com vazamento ou de uma pipeta mal vedada. Os frascos podem não estar devidamente equilibrados e os alunos podem ter lido as pipetas muito cedo ou muito tarde. Os alunos podem ter interpretado mal as pipetas. O KOH pode ter entrado em contato com as laterais dos frascos ao ser jogado no algodão. Podem ter ocorrido imprecisões matemáticas ao completar a tabela.


Laboratório Experimental

1. Quatro proteínas (a, b, c e d) estão sendo testadas. Homogenatos celulares são preparados e tratados com KCl 0,1 M, KCl 2 M, lipase ou TX-100 e depois centrifugados. A presença das proteínas no sobrenadante ou no sedimento é então determinada por imunotransferência. A partir dos resultados, pode-se verificar que algumas das proteínas são recuperadas na fração do pellet sob certas condições. O que está causando o pellet? O que você pode supor sobre cada proteína com base em seu comportamento nas diferentes condições?

2. Prever as propriedades da bicamada lipídica que resultariam se o seguinte fosse verdadeiro:
A. Os fosfolipídios tinham apenas uma cadeia de hidrocarboneto em vez de duas.
B. As cadeias de hidrocarbonetos eram mais curtas do que o normal, digamos cerca de 10 átomos de carbono de comprimento.
C. Todas as cadeias de hidrocarbonetos eram insaturadas.
D. Todas as cadeias de hidrocarbonetos estavam saturadas.
E. A bicamada continha uma mistura de dois tipos de moléculas de lipídios, uma com duas caudas de hidrocarboneto saturado e a outra com duas caudas de hidrocarboneto insaturado.
F. Cada molécula de lipídio foi covalentemente ligada através do átomo de carbono final de uma de suas cadeias de hidrocarbonetos a uma molécula de lipídio na monocamada oposta.

3. Freqüentemente, as drogas não são tão específicas quanto gostaríamos. Um exemplo é a citocolasina B. Embora seja freqüentemente usada como um inibidor da motilidade à base de actina, ela também inibe potentemente a captação de D-glicose nas células. Quando os fantasmas dos glóbulos vermelhos são incubados com 3H-citocolasina B e depois irradiados com luz ultravioleta, a citocolasina B torna-se covalentemente reticulada com GLUT1. Em contraste, se o experimento for realizado na presença de excesso de D-glicose, a citocolasina B não será reticulada com GLUT1. No entanto, a adição de L-glicose não bloqueia a reticulação. Por que a D-glicose, mas não a L-glicose, evita a reticulação?
4. Agora, digamos que você queira ser sofisticado. Você está tentando demonstrar para sua classe de Biologia Celular um aspecto importante da função GLUT1. Você microinjeta em células intactas uma forma de citocolasina B que é impermeável ao PM. Isso preenche as células. Quando você irradia essas células em tampão sem glicose, a citocolasina B não é reticulada com o GLUT1. No entanto, se você adicionar quantidades normais de glicose ao exterior das células imediatamente antes da irradiação, a citocolasina se torna reticulada ao GLUT1, conforme observado para os fantasmas. Que princípio você está demonstrando e como?

1. Como a seletividade é alcançada no mecanismo de passagem no poro nuclear? Explique o mecanismo.

2. Para demonstrar seu entendimento sobre a & # 8220force & # 8221 responsável pelo transporte nuclear, sua ideia é conseguir a importação de uma carga contendo apenas um sinal de exportação (NES) em um ensaio. Às células permeabilizadas, você adiciona a proteína fluorescente NES, seu receptor de exportação e RanQ69L-GTP, uma versão com defeito de hidrólise. Você observa a importação dependente de Ran! Mas, ao contrário do acúmulo de 100% observado para uma proteína importada convencional com GTP, a concentração nuclear máxima alcançada não é maior do que a concentração citoplasmática. Porque? E o que explica o acúmulo de 100% das proteínas convencionais?

3. O que aconteceria se Ran de tipo selvagem sofresse mutação para uma forma que pode se ligar ao GTP, mas não pode hidrolisar o GTP?

4. Que passos experimentais você daria para definir a seqüência exata e a posição de um sinal de importação nuclear em uma proteína nuclear que você descobriu?


uma. permitir que os gases passem entre o rato e a cal sodada

b. evitar que o rato entre em contato com cal sodada

c. evitar que o rato entre em contato com fezes / urina / fezes

uma. mais oxigênio no ar inspirado do que no ar expirado
OU
rato usa oxigênio na respiração

b. o dióxido de carbono exalado / produzido pelo rato é absorvido pela cal sodada

A fonte / mouse deve ser mencionada para marcar o ponto b & ndash não apenas & ldquosoda-cal absorve C02& rdquo.

c. a diferença de volume é o oxigênio usado pelo mouse
OU
o volume / concentração / pressão de oxigênio no frasco cai

d. & laquothis & raquo suga o líquido colorido pelo tubo

e. o volume de oxigênio consumido é igual ao aumento no volume de água colorida no tubo

uma. oxigênio liberado durante a fotossíntese

b. as plantas usam dióxido de carbono (liberado pela respiração)

c. se o dióxido de carbono estiver muito baixo em concentração, a fotossíntese será eliminada / reduzida

d. resulta em uma medida imprecisa / baixa do oxigênio que é consumido

e. realizar experimentos no escuro para evitar a fotossíntese
OU
cubra a redoma para excluir a luz e evitar a fotossíntese


Vamos ver como o quociente respiratório depende de diferentes substâncias respiratórias.

O quociente respiratório depende do tipo de substrato respiratório usado durante a respiração. Diferentes substratos respiratórios têm diferentes números de átomos de carbono e oxigênio em suas moléculas. Portanto, durante a respiração, a quantidade de dióxido de carbono evoluída por grama de peso do substrato também difere. Os carboidratos têm quantidades iguais de carbono e oxigênio em suas moléculas. Quando carboidratos são usados ​​como substrato, o RQ será 1, porque quantidades iguais de dióxido de carbono e oxigênio são desenvolvidas e consumidas.

Gorduras e proteínas contêm um número menor de átomos de oxigênio do que átomos de carbono em suas moléculas. Quando as gorduras são usadas como substrato na respiração, o RQ é menor que 1 porque a quantidade de oxigênio utilizada é sempre maior do que a quantidade de dióxido de carbono liberado.

Assim, podemos estudar a taxa de respiração para diferentes substratos respiratórios, calculando a quantidade de dióxido de carbono evoluído por grama de peso do substrato.


Laboratório típico de respiração celular com respirômetro - por que o hidróxido de potássio (KOH) é necessário? - Biologia

Notas de biologia escolar: respiração aeróbica e anaeróbica em plantas e animais

RESPIRAÇÃO - respiração aeróbica e respiração anaeróbica em plantas, fungos e animais - débito de oxigênio e acúmulo de ácido láctico

Notas de revisão de biologia escolar do Doc Brown: biologia GCSE, biologia IGCSE, biologia de nível O,

Cursos escolares de ciências da 8ª, 9ª e 10ª séries dos EUA ou equivalente para

Estudantes de biologia de 14 a 16 anos

A respiração é o processo de liberação de energia dos alimentos digeridos - portanto, a respiração é um processo exotérmico. A respiração transfere a energia de que a célula precisa para funcionar plenamente. 'Aeróbico' significa 'com oxigênio' (geralmente em referência à respiração). 'Anaeróbico' significa 'sem oxigênio' (geralmente se refere à respiração).

Saiba e entenda que a respiração nas células pode ocorrer aerobicamente ou anaerobicamente, dependendo das condições e se a célula está em um animal, planta, fungo ou bactéria. Saiba e entenda que a energia liberada na respiração é usada de várias maneiras. Saiba que o corpo humano precisa reagir ao aumento da demanda de energia durante o exercício. Você deve ser capaz de usar suas habilidades, conhecimento e compreensão para interpretar os dados relativos aos efeitos do exercício no corpo humano. Saiba como fazer um experimento simples de calorimetria para medir o conteúdo energético de um alimento.

Sub-índice para esta página sobre respiração

Introdução à respiração e seu significado

NÃO pense que a respiração é inspirar e expirar.

A respiração é o processo de transferência de energia química para alimentar a química das células ALL, quebrando açúcares como a glicose - aerobicamente com oxigênio ou anaerobicamente sem oxigênio e, em geral, o processo é exotérmico - com liberação de energia.

A respiração anaeróbica ou anaeróbica é às vezes referida como respiração celular.

A respiração alimenta toda a bioquímica metabólica de todos os organismos vivos.

A química da respiração é muito complexa, envolvendo muitas reações e ocorre principalmente no mitocôndria.

As mitocôndrias são conhecidas como as potências da célula.

São organelas que agem como um sistema digestivo, no sentido de que absorvem os nutrientes, decompõem-nos e criam moléculas ricas em energia para a célula que podem reagir com o oxigênio.

A respiração ocorre em ambas as plantas e animais e deve ser acontecendo continuamente para manter o organismo vivo!

Glicose, sob as condições certas, pode ser completamente oxidado para dióxido de carbono e água.

Isso é análogo a queimar um combustível em uma reação de combustão - mas muito mais lento e sem chama!

Esta é uma reação exotérmica e formando H2O e CO2 libera a quantidade máxima de energia química.

Os organismos não podem sobreviver sem a energia da respiração e este processo deve continuar continuamente em cada célula de qualquer organismo vivo.

As células de um organismo não podem usar a energia diretamente, mas uma molécula chamada ATP (trifosfato de adenosina) é produzido e atua como um armazenamento de energia potencial químico secundário.

A molécula de ATP pode então alimentar toda a química essencial, e. quebrar ou sintetizar moléculas em um organismo metabolismo (*), facilitando o transporte ativo, a função de órgãos, incluindo o trabalho dos músculos. (* Metabolismo são todas as reações químicas em um organismo)

Celular geral a respiração deve ser exotérmica, caso contrário, não haveria liberação de energia líquida! Então, eventualmente, há uma transferência líquida de energia para o meio ambiente.

Uma pessoa típica pode ter uma potência média de mais de 50 J / s, quase o mesmo que uma lâmpada de 50 W!

Toda a química da respiração é catalisada pelo específico enzimas nas células.

o taxa de respiração é afetado pelo ambiente temperatura, pH dos fluidos celulares e sistemas de transporte e o concentração de, por exemplo açúcares e oxigênio.

Observe que esses são os três fatores que afetam a eficiência das reações controladas por enzimas, incluindo a respiração.

o moléculas de substrato necessários para a respiração são geralmente açúcares como a glicose, mas os produtos da respiração dependem das condições, e. ambiente oxigenado ou falta de oxigênio e se as células são animais, vegetais, fungos ou bactérias.

Além da glicose, outros carboidratos - açúcares, proteínas e ácidos graxos de lipídios podem ser consumidos na respiração.

Esta página compara os processos de respiração aeróbia e respiração anaeróbica - em plantas / fungos e animais e considera as diferentes condições, substratos, produtos e rendimentos relativos de ATP para as diferentes situações de respiração.

Você deve entender que a respiração nas células pode ocorrer o tempo todo aerobicamente ou anaerobicamente.

Você deve saber e entender que a energia liberada na respiração é usada de várias maneiras para manter a vida de qualquer organismo, e.

- para construir moléculas maiores a partir de outras menores por exemplo, proteínas de aminoácidos (plantas e animais), amido de glicose (plantas), celulose de glicose (plantas),

- as plantas usam açúcares, nitratos e outros nutrientes para fazer seus próprios aminoácidos são então construídos em proteínas,

- os animais não podem fazer isso, por ex. precisamos absorver a proteína, quebrá-la em pequenos aminoácidos e reconstruir para nossas proteínas necessárias e todos esses processos precisam de energia química,

- nos animais, o excesso de proteína é decomposto em ureia, um produto residual excretado na urina.

- gorduras em plantas e animais são feitos de glicerol e três moléculas de ácido graxo de cadeia longa - que se tornam reservas de energia ou partes estruturais de certos tecidos,

- os organismos requerem energia da respiração para a divisão celular

- os animais requerem energia para permitir músculos para contrair e relaxar, por exemplo, para mover membros e mover-se - é por isso que as células musculares muitas mitocôndrias,

- em mamíferos e pássaros, qualquer excesso de energia térmica é usado para manter uma temperatura corporal estável e quente em ambientes mais frios (termorregulação), lentamente deixamos de funcionar se ficarmos muito quentes ou muito frios,

- também aprecie que o corpo humano precisa reagir a qualquer aumento da demanda de energia, e. durante exercícios vigorosos - então mais glicose será quebrada na respiração,

- a energia da respiração é necessária para ajudar a manter um ambiente constante no organismo, por ex. níveis de água (osmorregulação), níveis de oxigênio, remoção de produtos residuais e não apenas temperatura,

- a energia é necessária para transportar materiais (nutrientes ou produtos residuais) em torno de uma planta multicelular ou organismo animal - particularmente com transporte ativo, onde energia extra é necessária para mover as moléculas contra o gradiente de difusão natural,

- as plantas precisam mover nutrientes como íons minerais do soli para as raízes e para o resto da planta; eles também precisam de energia para outras funções, como abrir e fechar os estômatos nas folhas.

Todos esses exemplos fazem parte da química do metabolismo de um organismo.

Ver Enzimas - estrutura e funções notas para exemplos de química metabólica

Fontes de moléculas de substrato para respiração

As plantas são produtoras e fazem sua própria glicose para a respiração a partir da fotossíntese.

Os animais são consumidores e têm que produzir glicose quebrando a biomassa dos organismos - alimentos que comem, e. quebrando carboidratos como o amido.

Existem dois tipos de respiração - aeróbico (com bastante oxigênio) e anaeróbico (com pouco ou nenhum oxigênio)

A respiração é um processo contínuo em todos os organismos para liberar energia química dos alimentos - uma reserva de energia química:

Respiração aeróbica em animais

Respiração aeróbica precisa a açúcar de digerir carboidratos e oxigênio através do ar inspirado / absorvido pelo organismo e dos pulmões transportados pelo corpo por glóbulos vermelhos especializados, no caso de muitos animais.

A respiração aeróbica com oxigênio ocorre em células animais e vegetais e em muitos microrganismos também.

Você precisa de bastante oxigênio para a respiração aeróbica - condições oxigenadas do gás oxigênio dissolvido livre.

A maioria das reações da respiração aeróbica em eucariotos (planta ou animal) ocorrem dentro das estruturas subcelulares chamadas de mitocôndria de células. As mitocôndrias contêm todas as enzimas necessárias para a respiração.

Em microorganismos como bactérias, células procarióticas, a química da respiração aeróbia ocorre no citoplasma.

A molécula de 'combustível' inicial para a respiração é muitas vezes a molécula do tipo de açúcar chamada glicose.

A glicose é produzida quebrando alimentos, e. carboidratos, como amido, provenientes ou provenientes dos depósitos de moléculas de glicogênio em animais. As plantas podem usar a glicose diretamente da fotossíntese.

A bioquímica geral muito complexa da respiração aeróbica pode ser resumida como:

glicose + oxigênio === & gt dióxido de carbono + água + energia

C6H12O6 (aq) + 6O2 (g) === & gt 6CO2 (g) + 6H2O(eu) + energia

A energia é liberada em cada estágio do processo de respiração.

As etapas iniciais da respiração ocorrem no citoplasma das células, mas a maior parte das transferências de energia química acontecem nas mitocôndrias - as organelas "fábricas" químicas.

(Observe que a respiração aeróbica é a oposto de fotossíntese)

A glicose é eventualmente completamente oxidada em produtos residuais - dióxido de carbono e água - mas por meio de muitas reações químicas complicadas e produzindo 32 moléculas de ATP por molécula de glicose!

Na maioria das vezes, você está usando este tipo de respiração aeróbica e o experimento simples (ilustrado à direita) mostra uma teste de água de cal para a presença de dióxido de carbono no ar que você expira - a presença de dióxido de carbono é mostrada pelo aparecimento de um precipitado branco ('leitoso').

A liberação de energia real ocorre através de um ciclo bioquímico muito complexo envolvendo ADP (difosfato de adenosina) e sua conversão em ATP (trifosfato de adenosina) que é a molécula que realmente fornece a energia química para alimentar a maior parte da química de qualquer célula.

Quanto mais ATP for feito, maior será a oferta de energia disponível.

A respiração aeróbica pode produzir mais de 32 moléculas de ATP por molécula de glicose.

Conhecer e compreender as reações químicas dentro das células são controladas por enzimas.

Seu corpo, portanto, seus sistemas enzimáticos, responderão às suas necessidades, por ex. quando você usa os músculos para fazer trabalho ou exercício físico.

Saber e compreender durante a respiração aeróbica (respiração que usa oxigênio) ocorrem reações químicas que:

produzir energia útil é liberada para "alimentar" a química celular.

Saiba e entenda que a respiração aeróbica ocorre continuamente em plantas e animais.

Saiba e entenda que a energia que é liberada durante a respiração é usada pelo organismo.

Saiba que a energia pode ser usada nas células:

para construir moléculas maiores a partir de outras menores, por exemplo, proteínas de aminoácidos,

em animais, para permitir que os músculos se contraiam e relaxem, por exemplo, para mover membros e mover-se,

em mamíferos e pássaros, para manter uma temperatura corporal estável em ambientes mais frios, lentamente deixamos de funcionar se ficarmos muito quentes ou muito frios.

nas plantas, para construir a partir de açúcares, nitratos e outros nutrientes, aminoácidos que são então transformados em proteínas - os animais não podem fazer isso, precisamos absorver a proteína, quebrá-la e transformá-la em nossas proteínas necessárias.

Saiba e entenda que durante o exercício uma série de mudanças ocorrem em seu corpo:

quanto mais você usa seus músculos, mais oxigênio você precisa para respirar

a freqüência cardíaca aumenta, quanto mais, mais vigoroso é o exercício, e ainda mais oxigênio e glicose são necessários

a taxa e a profundidade da respiração aumentam, para aumentar a ingestão de oxigênio.

Saiba e entenda que essas mudanças aumentam o fluxo sanguíneo para os músculos e, assim, aumentam o suprimento de açúcar e oxigênio para a energia da respiração e também aumentam a taxa de remoção de dióxido de carbono - o produto residual.

Saiba e entenda que os músculos armazenam glicose como glicogênio, que pode então ser convertido de volta em glicose para uso durante o exercício.

O glicogênio é produzido, armazenado e então liberado para conversão em glicose com base na oferta e na demanda.

Se houver excesso de glicose e a atividade física for baixa, mais glicogênio é produzido.

Quanto mais você se exercita fisicamente, maior a demanda de glicose; se isso exceder o que está disponível na corrente sanguínea, então o as reservas de glicogênio são chamadas para preencher a lacuna de energia.

Resumo dos pontos importantes sobre a respiração aeróbica

Ser capaz de explicar por que a freqüência cardíaca e a freqüência respiratória aumentam com o exercício.

Todas as reações químicas dentro das células são controladas por enzimas.

Seu corpo, portanto, seus sistemas enzimáticos, responderão às suas necessidades, por ex. quando você usa os músculos para fazer trabalho ou exercício físico.

Como afirmado, durante a respiração aeróbica (respiração que usa oxigênio) ocorrem reações químicas que usam glicose (um açúcar) e oxigênio

O açúcar vem da digestão de carboidratos e oxigênio através do ar inspirado e dos pulmões transportados pelo corpo por glóbulos vermelhos especializados,

A respiração produz energia útil que é liberada para "alimentar" a química celular.

Durante o exercício, ocorrem várias mudanças em seu corpo.

Quanto mais você usa seus músculos, mais oxigênio você precisa para respirar

A freqüência cardíaca aumenta, quanto mais, mais vigoroso é o exercício, e ainda mais oxigênio e glicose são necessários, de modo que a freqüência e a profundidade da respiração aumentam, para aumentar a ingestão de oxigênio.

O exercício aeróbico regular pode reduzir o risco de algumas doenças não transmissíveis.

Veja o Manter-se saudável - notas de revisão da biologia do gcse dieta e exercício

Experimentos - medir sua pulsação - uma medida simples de sua taxa de respiração

Você pode medir sua pulsação com bastante facilidade, por exemplo, coloque dois dedos na parte de trás do pulso e cronometre o número de pulsos em um minuto, por exemplo, com um cronômetro digital ou seu aplicativo iphone etc.

Você pode fazer isso como um exercício de lição de casa simples!

OU como um exercício de aula em um bom dia, ou em qualquer dia na academia, e a média dos resultados da classe, fornecendo uma gama mais ampla de pessoas e um conjunto de dados mais preciso.

Use calçado adequado e certifique-se de que toda a turma faz o mesmo exercício!

Grave sua pulsação depois, faça os seguintes tipos de exercício por 5 minutos de cada vez:

1. sentado calmamente 2. caminhando em seu ritmo normal 3. corrida lenta 4. corrida

Para maior precisão estatística ('melhor valor'), você deve repetir o experimento várias vezes para obter quatro taxas de pulso médias.

Você também pode analisar a média da turma.

Você pode apresentar os resultados como um gráfico de barras simples - pulso médio de 1. a 4.

Depois de permitir um tempo extra de descanso entre cada atividade, você deve descobrir que sua taxa de pulso aumenta de 1. para 4. porque sua taxa de respiração está aumentando e você precisa de um aumento na taxa de transferência de oxigênio para suas células e, simultaneamente, remover o dióxido de carbono residual também.

Mais vigorosas as mudanças de exercícios aumentam sua freqüência cardíaca, conseqüentemente, o fluxo sanguíneo para os músculos e aumenta o suprimento de açúcar e oxigênio para a energia da respiração e também aumenta a taxa de remoção de dióxido de carbono - o produto residual.

Sua taxa de respiração (ventilação) aumenta para atender às demandas crescentes da taxa de respiração aeróbica.

A respiração aeróbica ocorre continuamente em plantas e animais e a maioria das reações na respiração aeróbica ocorre dentro da mitocôndria das células.

Em plantas verdes, à luz do dia a taxa de fotossíntese excederá a da respiração, mas à noite ou com níveis de luz muito baixos, a taxa de respiração excederá a da fotossíntese, caso contrário, a planta morreria!

Ao anoitecer ou ao amanhecer, com pouca luz, as taxas de fotossíntese e respiração são semelhantes.

Você pode usar um exemplo de planta para mostrar que a energia térmica é liberada na respiração (aeróbio ou anaeróbico em organismos vivos).

Esse experimento para mostrar a germinação de ervilhas ou feijões liberando energia usando respiração aeróbica é ilustrado (diagrama à direita).

Um lote de ervilhas / feijões é embebido por pelo menos 24 horas para germinar - procure pequenos brotos / brotos. Outro lote é fervido para matar as enzimas que catalisam a respiração - matando efetivamente as ervilhas / feijões. (o 'controle' para um teste justo).

Cada lote é colocado em uma garrafa térmica (garrafa a vácuo) sobre um algodão úmido - espaço sobra para o suprimento de ar para as ervilhas / grãos.

Um termômetro é colocado em cada frasco e o gargalo lacrado com um tampão de algodão - ambos os frascos devem ser mantidos nas mesmas condições de laboratório de temperatura por uma semana.

Qualquer calor liberado produzirá um aumento de temperatura. Se você registrar a temperatura todos os dias, descobrirá que o frasco de ervilhas / feijões em germinação apresentará um aumento na temperatura - devido à liberação de energia térmica pela respiração.

O frasco de controle de ervilhas / feijões cozidos não deve apresentar aumento de temperatura.

Você pode fazer uma experiência semelhante com ervilhas ou feijões cozidos (mortos) e não cozidos (germinados por imersão por 24 horas) para mostrar a formação de dióxido de carbono (respiração aeróbica) em respirando organismos vivos) - o experimento simples é ilustrado abaixo usando germinando ervilhas ou feijões e ervilhas / feijões mortos.

O dióxido de carbono é um gás ligeiramente ácido. Se o dióxido de carbono se dissolver no vermelho solução de indicador de hidrogenocarbonato, transforma-o amarelo. A solução do indicador contém um sal dissolvido, hidrogenocarbonato de sódio e um indicador de pH colorido que você vê nas aulas de química - o dióxido de carbono diminui o pH da água.

As ervilhas / feijões são suspensos em uma gaze ou camada de algodão acima de uma solução indicadora de hidrogenocarbonato em tubos de ebulição - os tubos de ebulição são selados com rolhas para impedir que o dióxido de carbono do ar entre

Você deixa o par de tubos de ebulição por uma hora.

Esquerda: As ervilhas / feijões em germinação estão respirando e emitem dióxido de carbono tornando a solução indicadora amarela.

À direita: No tubo de ebulição de controle, as ervilhas / feijões mortos não podem respirar (enzimas mortas) e você não vê nenhuma mudança na cor do indicador porque nenhum dióxido de carbono foi formado.

Você pode fazer esse experimento com animais como piolhos ou vermes, usando contas de vidro no tubo de controle - NÃO animais mortos e os animais vivos não devem ser mantidos por muito tempo para ficar sem oxigênio e morrer - pontos éticos.

Você pode comparar as taxas de respiração de diferentes animais, mas é um experimento bastante rudimentar - suponho que você poderia pesar massas iguais do animal em tubos de ebulição.

Respiração anaeróbica em animais e débito de oxigênio

Ao fazer exercícios vigorosos, seu corpo não pode fornecer oxigênio suficiente para os músculos para uma respiração aeróbica 100%.

Se houver um falta de oxigênio ('anaeróbico' significa 'sem oxigênio') você não pode oxidar o açúcar glicose completamente, como no caso da respiração aeróbica - a equação bastante simplificada para a quebra incompleta da glicose é:

glicose === & gt ácido láctico + energia

C6H12O6 === & gt 2C3H6O3 + energia

(a estrutura do ácido láctico é CH3CH (OH) COOH, um ácido carboxílico com um grupo álcool)

Esta reação anaeróbica apenas parcialmente decompõe a glicose em ácido láctico em animais e algumas bactérias.

Observação

(i) O produto residual é ácido lático, não dióxido de carbono e água, como na respiração aeróbica.

(ii) Os produtos são diferentes nas plantas e em alguns microrganismos (consulte a próxima seção).

Isso não é tão eficiente quanto a respiração aeróbica e consideravelmente menos ATP é formado, reduzindo o suprimento potencial de energia.

Você só faz 2 moléculas de ATP por molécula de glicose (muito menos de 1/10 do ATP da respiração aeróbica).

MAS, permite que as células continuem funcionando se houver falta de oxigênio e energia suficiente pode ser liberada para manter uma célula viva!

Um processo muito menos eficiente de transferência de energia do armazenamento de energia química da glicose.

A respiração anaeróbica ocorre no citoplasma das células vegetais e animais e de alguns microrganismos, e.

(a) Em células humanas, quando você faz exercícios vigorosos, seu corpo não consegue fornecer oxigênio suficiente, então as células também usam respiração anaeróbica.

(b) Se as células das raízes das plantas estão crescendo em solo alagado, há pouco oxigênio disponível, então elas devem respirar aerobicamente.

(c) Se as células da bactéria entrarem em sua pele onde há pouco oxigênio, elas ainda podem sobreviver usando respiração anaeróbica.

Em animais, se a atividade física for intensa e prolongada você obtém o 'cólicas'dores devido ao acúmulo de ácido láctico, que pode ser doloroso porque a respiração anaeróbica é ativada devido à falta de oxigênio.

Com a respiração anaeróbica, você obtém o acúmulo de ácido láctico nos músculos porque é bioquimicamente mais difícil de oxidar e liberar energia.

Como a respiração anaeróbica produz um acúmulo de ácido láctico nos músculos, você também obtém um falta de oxigênio nos músculos que podem ser doloridos, por ex. você sofre de 'cólicas'.

No entanto, a respiração anaeróbica tem a vantagem de permitir que o corpo continue por um tempo limitado, mesmo se você estiver com pouco oxigênio!

Isso pode ser importante em uma situação de emergência, quando você precisa usar os músculos mais do que o planejado.

Conhecer e compreender os resultados da respiração anaeróbica em um falta de oxigênio que tem de ser reembolsado para oxidar o ácido láctico a dióxido de carbono e água.

Saiba e entenda que se os músculos são submetidos a longos períodos de atividade vigorosa, eles ficam cansados, ou seja, param de se contrair de forma eficiente.

Quanto mais vigoroso for o exercício, mais energia você precisa e precisa aumentar sua taxa de respiração.

Você precisa respirar em uma taxa mais rápida e obter maiores volumes de ar para o oxigênio necessário para sustentar esse aumento na taxa de respiração.

A frequência cardíaca aumenta para levar o sangue oxigenado aos músculos e, ao mesmo tempo, remover o dióxido de carbono com eficiência.

Quando seu exercício é realmente vigorosonão há oxigênio suficiente para respiração aeróbica, seu corpo responde usando respiração anaeróbica também.

No entanto, a respiração anaeróbica é não tão energeticamente eficiente na transferência de energia como respiração aeróbica e se o exercício for prolongado você se torna cansado.

Saiba que uma das causas da fadiga muscular é a acúmulo de ácido láctico nos músculos da respiração anaeróbica, embora o sangue que flui através dos músculos remova o ácido láctico, o oxigênio é usado para oxidar o ácido láctico a dióxido de carbono e água.

O exercício aeróbico regular pode reduzir o risco de algumas doenças não transmissíveis.

Veja o Manter-se saudável - notas de revisão da biologia do gcse dieta e exercício

Mais sobre o débito de oxigênio e o acúmulo de ácido láctico

Durante exercícios vigorosos, o coração, os pulmões e os músculos dos membros começam a lutar para acompanhar o que você quer que seu corpo faça (fadiga), mas você pode manter seus músculos trabalhando por mais tempo usando respiração anaeróbica, pelo menos até um ponto de fadiga total - quase como cambalear sobre a linha no final de uma maratona!

Respiração anaeróbica: glicose === & gt ácido láctico + energia

Infelizmente, quando seu corpo começa a usar respiração anaeróbica, você está acumulando ácido láctico efalta de oxigênio'.

O débito de oxigênio é a quantidade de oxigênio de que seu corpo precisa para reagir com o acúmulo de ácido láctico nas células e removê-lo por oxidação em dióxido de carbono e água (como acontece com a respiração aeróbia de glicose) e repor a reserva de oxigênio do corpo na corrente sanguínea e nas células.

Isso resulta em fadiga muscular e interrompe a contração de forma eficiente.

Isso significa que seu corpo deve ser recompensado com o oxigênio que os músculos não receberam para a respiração aeróbica completa - seus pulmões, frequência cardíaca e corrente sanguínea não conseguiram acompanhar as demandas da respiração aeróbica.

O corpo tem baixa tolerância ao ácido láctico, que deve ser removido.

O ácido láctico é levado para o fígado pelo sangue e completamente oxidado em dióxido de carbono e água ou convertido de volta em glicose e glicogênio - mas isso leva tempo e precisa de oxigênio!

Isso significa que, mesmo quando você para de fazer um exercício vigoroso, precisa continuar respirando profundamente para pagar essa dívida de oxigênio, transferir oxigênio para as células e oxidar o ácido láctico nelas em produtos inofensivos de dióxido de carbono e água.

O pagamento do débito de oxigênio pode levar horas para ser concluído e até dias depois de correr uma maratona!

Contanto que seu corpo detecte níveis mais altos do que o normal de dióxido de carbono ou ácido lático, sua taxa de respiração e pulsação vai ficar mais alto que o normal até que os seus níveis sejam reduzidos ao normal, i.e. quando todo o excesso de ácido láctico tiver sido oxidado a dióxido de carbono e água.

Observação: O seu corpo tem outra forma de reduzir os níveis elevados de ácido láctico e dióxido de carbono.

O fluxo sanguíneo pelos músculos transporta o ácido láctico para o fígado, onde é convertido de volta em glicose - quimicamente a reação oposta à respiração anaeróbica.

O exercício aeróbico regular pode reduzir o risco de algumas doenças não transmissíveis.

Veja o Manter-se saudável - notas de revisão da biologia do gcse dieta e exercício

As plantas respiram aerobicamente, mas também anaerobicamente também.

Novamente, como no caso dos animais, se houver falta de oxigênio ('condições anaeróbicas'), você não pode oxidar o açúcar glicose completamente, como no caso da respiração aeróbica, mas nas plantas e células de levedura o produto não é ácido láctico, mas etanol ('álcool') e dióxido de carbono!

O etanol ('álcool') é um subproduto do processo respiratório.

É assim que as bebidas à base de álcool são feitas - fermento + líquido açucarado == & gt respiração anaeróbica!

A respiração anaeróbica ocorre no citoplasma de células.

Novamente, este é não tão eficiente quanto a respiração aeróbica e menos ATP é formado, reduzindo o suprimento potencial de energia.

Notas: A fermentação em bactérias produz ácido lático, o mesmo que a respiração anaeróbica em animais.

A fermentação com fermento é amplamente utilizada na indústria de alimentos e bebidas.

O fermento é usado em produtos de panificação como o pão, onde a evolução do dióxido de carbono dá a ação de 'levedar'.

A fermentação do fermento do açúcar é usada para fazer bebidas alcoólicas como cervejas e vinhos.

A reação de fermentação torna o 'álcool' (etanol, C2H5OH) e o gás dióxido de carbono dissolvido faz a 'efervescência' ou 'espuma'.

A cerveja é produzida misturando cevada maltada e lúpulo com fermento em grandes tonéis.

As células de levedura se dividem rapidamente e consomem qualquer oxigênio presente e recorrem à respiração anaeróbica.

em outras palavras, as células de levedura podem mudar da respiração aeróbica para a respiração anaeróbica, dependendo das condições.

a respiração anaeróbica em células de levedura e outros microorganismos é conhecida como fermentação.

Sob certas condições, as plantas têm que mudar da respiração aeróbica para a respiração anaeróbica

Portanto, certas células vegetais podem usar a fermentação "alcoólica" para produzir e liberar energia química para alimentar todos os processos celulares necessários.

por exemplo. circunstâncias quando há pouco oxigênio no ambiente imediato.

Debaixo da terra, células de raiz respire anaerobicamente, se as plantas estiverem crescendo em condições de solo saturado de água.

O arroz é cultivado em áreas alagadas chamadas arrozais e há pouco oxigênio no solo alagado.

As células da raiz do arroz podem respirar usando respiração anaeróbica, mas os produtos são etanol e dióxido de carbono.

glicose === & gt etanol ('álcool') + dióxido de carbono + energia

Mas, o etanol é um produto químico venenoso, então as células da raiz do arroz devem ter uma alta tolerância a ele para que as plantas do arroz cresçam e amadureçam.

Plantas que crescem em pântanos, onde o solo encharcado e a água contêm pouco oxigênio.

Os grãos de pólen também podem usar a respiração anaeróbica para manter as funções das células e se desenvolver em uma planta jovem e saudável.

Uma comparação de respiração aeróbica e respiração anaeróbia em plantas e animais

Em organismos procarióticos, a respiração aeróbia ocorre no citoplasma.

Em organismos eucarióticos, a respiração aeróbia ocorre na mitocôndria das células.

A respiração anaeróbica ocorre no citoplasma das células vegetais, células animais e alguns microrganismos.

Semelhanças e diferenças Aeróbico respiração Anaeróbico respiração
Condições O xygen needed, podemos nos exercitar normalmente! Pouco oxigenio presente devido a, e. exercício vigoroso em um animal ou organismos em solos alagados.
Substrato entradas Glicose ou outro açúcar ou qualquer molécula orgânica como um ácido graxo ou molécula de proteína que pode ser completamente oxidada. Glicose ou outro açúcar ou qualquer molécula orgânica como um ácido graxo ou molécula de proteína que pode ser parcialmente oxidada.
produtos saídas Dióxido de carbono e água. Em animais e algumas bactérias é ácido lático. Em plantas, e em alguns microorganismos como levedura, os produtos são etanol e dióxido de carbono.
Rendimento de ATP Alto por exemplo. 30 a 38 moléculas de ATP por molécula de glicose. Baixo por exemplo. 2 moléculas de ATP por molécula de glicose (15-19 x menos do que com respiração aeróbica).

Experiência para investigar a taxa de respiração anaeróbica de leveduras

Você pode investigar a taxa de respiração anaeróbica das células de levedura usando um substrato de açúcar.

Investigando a química da respiração anaeróbica das células de levedura

Se você começar com sacarose, a enzima invertase hidrolisa a sacarose e a decompõe em glicose e frutose.

sacarose + água == enzima invertase == & gt glicose + frutose

C12H22O11 + H2O === & gt C6H12O6 + C6H12O6

A reação de fermentação anaeróbica real é.

glicose / frutose (açúcar) == enzima zimase == & gt etanol + dióxido de carbono

Você pode acompanhar a velocidade da reação medindo o volume de dióxido de carbono formado.

Procedimento experimental e análise de resultados

Usando um banho termostatizado, você pode investigar o efeito da temperatura na fermentação.

Deve-se manter constante a concentração da mistura de açúcar e fermento - volumes fixos de soluções estoque previamente preparadas de açúcar ou suspensão de fermento.

Você pode começar a 20 o C e repetir os experimentos várias vezes para cada temperatura e, em seguida, aumentar a temperatura em 5 o C por vez para ver o efeito.

Você pode medir a taxa de respiração em termos da taxa de evolução do gás, por exemplo cm 3 CO2/ min.

Usando o aparelho acima, ou o descrito abaixo (seringa de gás), você pode a taxa de respiração com diferentes substratos E, para um substrato fixo, o efeito de alterar sua concentração em temperatura constante e concentração de enzima constante.

Se você borbulhar o gás da mistura de reação através de um água de Lima você obtém um precipitado branco ('leitoso'), um teste positivo para dióxido de carbono da respiração anaeróbica de levedura.

Você obtém exatamente o mesmo resultado se expelir parte do ar expelido pela água de cal - o mesmo dióxido de carbono da respiração aeróbica.

Você pode usar um sistema de seringa de gás para fazer experimentos mais precisos.

Fazendo os experimentos em temperatura ambiente constante, você pode manter a concentração de fermento constante e variar a concentração do açúcar OU pode variar o açúcar do substrato (mas mantendo a concentração de açúcar constante).

Resultados gráficos típicos que você pode obter com base em um avaliar de evolução de dióxido de carbono, e. cm 3 CO2/minuto.

Um experimento para medir a taxa de respiração aeróbia de piolhos usando um respirômetro

Isso descreve como investigar o taxa de respiração de pequenos organismos como o piolho medindo seus taxa de captação de oxigênio que está sendo usado no metabolismo dos organismos.

UMA respirômetro é um dispositivo projetado para medir a taxa de consumo de oxigênio por um organismo vivo.

o taxa de esgotamento de oxigênio no ar, por exemplo cm 3 / min por volume de gás ou mm / min em alguma escala é tomado como um medida da taxa de respiração.

Você também pode usar ervilhas ou feijões em germinação para investigar o efeito da temperatura na taxa de respiração.

As sementes em germinação precisam respirar para fornecer energia para crescer e se desenvolver na planta.

A configuração experimental - um sistema de respirômetro

Um tubo de ebulição é colocado em um banho-maria termostatizado para controlar a temperatura do experimento - você deve usar um termômetro para monitorar com precisão a temperatura da água. Uma seringa contendo ar e um manômetro são conectados através de um tubo de vidro através de uma rolha de borracha ao tubo de ebulição. Juntamente com a cal sodada, esta configuração é chamada de respirômetro.

Um manômetro é um dispositivo para medir pressões. Um manômetro simples comum consiste em um tubo de vidro em forma de U cheio de algum líquido - neste caso, água colorida NÃO mercúrio venenoso! Uma escala de régua é colocada entre os braços do tubo em U para que a diferença nas alturas do líquido possa ser medida em ambos os braços.

A seringa é usada para definir o nível do líquido no manômetro e refrescar o ar entre os experimentos.

No fundo do tubo de ebulição cal sodada grânulos são colocados em absorver dióxido de carbono distribuído pelo piolho que respira. Em cima da cal sodada está um chumaço de algodão para evitar o contato com os piolhos - eles seriam prejudicados pela cal sodada fortemente alcalina - um ponto ético ao usar animais vivos em experimentos.

Os piolhos vivos são cuidadosamente colocados sobre o algodão e o restante do aparelho do respirômetro é cuidadosamente montado de forma que o tubo de ebulição fique vertical no banho-maria.

Notas experimentais

Nota 1: A redução no volume mostra que um gás está sendo removido do ar e que o gás é o oxigênio. Não haveria mudança de volume sem a cal sodada - o volume de CO2 formado seria igual ao volume de O2 usado. Mas, uma vez que a cal sodada remove o dióxido de carbono emitido pela respiração do organismo, não há confusão de que a redução do volume de gás é devido à captação de oxigênio pela respiração e o líquido no manômetro se move em direção ao organismo que respira no tubo de ensaio.

Nota 2: O membro direito do manômetro pode ser conectado a um segundo tubo de ensaio de controle configurado da mesma forma que o tubo de ensaio de organismo respirador. Este tubo de ensaio é conectado ao manômetro e uma torneira é colocada em vez da seringa. Um tubo de ensaio de controle ajuda a verificar se o movimento do fluido no manômetro é causada pela respiração do organismo.

Nota 3: Em vez de grânulos de cal sodada, você pode usar algodão hidrófilo embebido em uma solução concentrada de um álcali, por exemplo, hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio.

Procedimento de investigação

(a) O banho de água e o tubo de ebulição sem piolhos no tubo de ebulição são deixados por um curto período de tempo até que a temperatura do banho de água tenha estabilizado na temperatura inicial desejada, por exemplo 20 o C.

(b) Os piolhos são então rapidamente colocados no tubo de ebulição, conecte tudo conforme mostrado no diagrama.

(c) A seringa é usada para equacionar os níveis de líquido no manômetro, preferencialmente para diferença zero na altura (R1 = 0).

R1 não precisa ser zero, desde que você leia e registre cuidadosamente as leituras em ambos os membros do manômetro no início e no final do experimento de respiração.

(d) Deixe o piolho respirar por um tempo determinado.

À medida que respiram e consomem oxigênio, é produzido dióxido de carbono, que é absorvido pela cal sodada, diminuindo o volume de ar.

(e) À medida que o volume de ar diminui, ele temporariamente reduz a pressão no tubo de ebulição contendo o organismo respirando, portanto, para manter o constante pressão externa ('teste justo'), o líquido sobe pelo ramo esquerdo do manômetro do tubo em U.

(f) Depois de um tempo definido, você lê os dois níveis para determinar R2 (leitura à esquerda - leitura à direita no tubo U).

A distância total movida pelo líquido = a diferença entre as duas leituras, R2 - R1, e isso dá a você uma medida relativa da taxa de respiração.

(tecnicamente, não importa se R1 não for zero no início, contanto que você subtraia a leitura diferencial inicial R1 de R2, você obtém a mudança numérica real desejada.)

(g) Em seguida, repita (a) a (f) com o mesmo piolho, a uma temperatura mais elevada, subindo 5 o por vez até 50 o C.

Você precisa reabastecer o ar do tubo de ensaio e mover o líquido do manômetro para baixo e para longe do tubo de ensaio.

Quanto maior for a taxa de movimento do líquido colorido no termômetro, maior será a taxa de respiração

Outras notas experimentais:

Teoricamente, como a seringa também é calibrada, o 'êmbolo' da seringa pode ser cuidadosamente pressionado para retornar os níveis de líquido do manômetro às suas leituras originais.

O volume de oxigênio usado = volume final da seringa - volume inicial da seringa (por exemplo, em cm 3).

Isso permite que você calcule a taxa de respiração dos piolhos de madeira em cm 3 / min.

OU, você pode apenas usar as leituras de nível do manômetro como uma medida relativa da respiração, por exemplo mm / min.

O piolho não deve ser usado em temperaturas suficientemente altas para morrer.

Os piolhos não devem ser deixados no respirômetro por muito tempo, para que fiquem sem oxigênio e morram.

Após o experimento, eles devem ser liberados de volta ao seu habitat natural externo.

O piolho deve entrar em contato com a cal sodada ou qualquer outro produto químico prejudicial usado para absorver o dióxido de carbono.

Resultados, análises e conclusões

Conforme descrito acima, o a taxa relativa de respiração é medida como a taxa de consumo de oxigênio em mm / min ou cm 3 / min.

A partir de sua tabela de resultados de dados, você pode traçar um gráfico da taxa de respiração em função da temperatura.

Você deve descobrir que inicialmente as taxas aumentam, passa por um ótimo em

35-40 o C e então diminui. continuamente à medida que a temperatura sobe.

Isto é típico do comportamento de reações controladas por enzimas - que inclui a química metabólica da respiração.

Inicialmente, como em qualquer reação química, a taxa aumenta com o aumento da temperatura.

No entanto, à medida que a temperatura aumenta, as enzimas tornam-se desnaturadas e a taxa de respiração diminui e o organismo é prejudicado.

Isso não é aceitável - antiético, portanto, você não deve aumentar muito a temperatura e obter apenas a primeira metade do gráfico acima.

No entanto, não há razão para que você não possa fazer experimentos em temperaturas mais altas com sementes que respiram e ver se você consegue obter a imagem gráfica completa das taxas de respiração versus temperatura.

Seu trabalho prático para desenvolver suas habilidades e compreensão pode ter incluído o seguinte:

Investigar a taxa de respiração em leveduras usando sensores de dióxido de carbono e dataloggers (veja acima).

Investigar o efeito do exercício na taxa de pulso, seja fisicamente ou usando sensores de pulso e dataloggers,

A taxa de respiração pode ser medida contando suas respirações por minuto.

A sua frequência cardíaca pode ser medida tomando a sua frequência cardíaca (frequência cardíaca em batimentos / minuto)

Você pode medir sua frequência respiratória e pulsação normal e estável.

Em seguida, faça alguns exercícios vigorosos para, por exemplo, 5 minutos.

Em seguida, descanse e meça novamente a frequência respiratória e a frequência cardíaca em intervalos regulares de tempo por, digamos, 10 ou 15 minutos.

Isso permite que você veja seu corpo se recuperando lentamente de volta ao 'normal'.

Você deve notar aumentos dramáticos em sua taxa de respiração e pulsação depois de fazer alguns exercícios vigorosos.

Você pode comparar sentar, caminhar leve, correr e correr, a tendência numérica resultante nas taxas de respiração / pulso deve muito bem como o esperado, mas observe que depois de uma corrida muito vigorosa, o débito de oxigênio pode aumentar e pode levar algum tempo para sua respiração / taxas de pulso para voltar ao normal.

Investigar a ligação entre o exercício e a frequência respiratória com um sensor de respiração,

Investigar como segurar massas com os braços estendidos e cronometrar quanto tempo leva os músculos à fadiga,

Projetar uma investigação usando medidores de força e dataloggers para encontrar a relação entre a quantidade de força exercida por um músculo e a fadiga muscular.

Experiência simples para medir a liberação de energia na queima de alimentos como gorduras

Alimentos como gorduras animais, óleos vegetais e carboidratos como glicose e amido são estoques de energia química concentrada.

Eles são metabolizados no corpo para alimentar toda a química celular e fornecer energia térmica para criaturas de sangue quente como nós!

Veja também as notas de biologia do GCSE sobre testes de alimentos.

Você faz uma queima controlada de um pedaço de comida para ter uma ideia de quanta energia química ele contém por meio da conversão.

Um pouco de calorimetria de queima de alimentos (configuração experimental ilustrada à direita).

Use proteção para os olhos e tome cuidado perto de chamas.

Adicione exatamente 20 cm 3 de água a um tubo de fervura em pirex (melhor do que um tubo de ensaio estreito).

O tubo de ebulição é preso acima da bancada do laboratório em uma posição inclinada.

Um termômetro de 0-100 o C é cuidadosamente colocado na água.

Você pode usar qualquer alimento seco, por exemplo, feijão, pão, nozes ou macarrão e um caroço pesado dele é espetado na ponta de uma agulha montada.

A água é agitada suavemente com o termômetro e o temperatura inicial gravado.

O pedaço de comida é aceso com uma chama de bico de bunsen e, em seguida, mantido com um braço firme sob o fundo do tubo de ebulição.

Se a chama apagar, reacenda a comida, repetindo isso até que tudo queime (ou o resíduo não queime mais).

Quando toda a comida tiver queimado, mexa novamente a água suavemente com o termômetro e observe a temperatura final mais alta.

Cálculo do conteúdo de energia

O calor liberado = massa de água (g) x mudança de temperatura (o C) x capacidade de calor específico da água.

por exemplo. 0,75 g de noz foi queimada tanto quanto possível.

As temperaturas inicial e final foram de 21 o C e 43 o C. Aumento de temperatura = 43 - 21 = 22 o C.

20 cm 3 de água é 20 g (densidade = 1,0 g / cm3).

A capacidade de calor específico da água é 4,18 J / kg o C. (consulte as notas de física do GCSE para mais informações sobre a capacidade de calor específica)

Portanto, calor liberado = 20 x 22 x 4,18 = 1839 J

O resultado pode então ser expresso em termos de conteúdo de energia por unidade de massa de alimento, e. J / g.

2500 J / g (2 sf) ou 2,5 kJ / g ou 2500 kJ / kg

Você pode pensar nisso valor calórico como uma medida de densidade de energia .

Este experimento NÃO é muito preciso, mas fornece uma estimativa aproximada do conteúdo de energia de um alimento.

(i) O calor está sendo continuamente perdido do tubo de ebulição que não é isolado.

(ii) Ainda mais calor é perdido pelo calor gases de convecção de chamas subindo além do tubo de ebulição, porque você não pode coletar toda a energia térmica dos gases da chama quente.

(iii) Você não pode queimar todos os pedaços de comida, sempre há um resíduo carbonizado queimado.

(iv) A chama amarelada tende a ser fuliginoso, então todo o carbono não é oxidado a dióxido de carbono.

Para valores caloríficos comerciais, os cientistas usam um calorímetro vedado e bem isolado, sem perda de calor, você obtém valores muito precisos de conteúdo de energia. O instrumento é chamado de calorímetro de bomba e oxigênio puro é usado - kapow !.

Repita com alimentos diferentes, mas mantenha o mesmo volume de água fria.

Repita o cálculo e compare os valores calóricos e as densidades energéticas de diferentes alimentos.

Você também pode pesquisar a estrutura molecular de algumas das moléculas no alimento, por exemplo,

o diagrama acima mostra uma seção de uma molécula de óleo vegetal (um ácido graxo de cadeia longa) e, como você pode ver, há muitos átomos de carbono e hidrogênio a serem oxidados em dióxido de carbono e água, respectivamente.

As moléculas de gordura têm uma densidade de energia mais alta do que os carboidratos porque estes contêm uma proporção maior de átomos de oxigênio - portanto, uma proporção maior dos átomos de carbono é parcialmente oxidada, de modo que menos energia pode ser liberada na queima ou pela química metabólica do corpo.

Objetivos de aprendizagem típicos para respiração

Saiba que a respiração é um processo usado por todos os organismos vivos que libera energia em moléculas orgânicas.

As moléculas orgânicas usadas na respiração são geralmente açúcares.

A respiração continua em todas as células vivas

A energia pode ser usada nas células:

para construir moléculas maiores a partir de outras menores, por exemplo, proteínas de aminoácidos,

em animais, para permitir que os músculos se contraiam e relaxem, por exemplo, para mover membros e mover-se,

em mamíferos e pássaros, para manter uma temperatura corporal estável em ambientes mais frios, lentamente deixamos de funcionar se ficarmos muito quentes ou muito frios.

nas plantas, para construir a partir de açúcares, nitratos e outros nutrientes, aminoácidos que são então transformados em proteínas - os animais não podem fazer isso, precisamos ingerir proteínas, quebrá-las e transformá-las em nossas proteínas necessárias, tudo o que precisa de energia.

Ser capaz de explicar como o sistema circulatório humano facilita a respiração, incluindo:

(a) glicose e oxigênio se difundem dos capilares para as células respiratórias

(b) o dióxido de carbono se difunde das células respiratórias para os capilares.

O sistema circulatório carrega toda a glicose, oxigênio, dióxido de carbono residual (e tudo mais) por todo o corpo através da corrente sanguínea.

A glicose vem da degradação digestiva de alimentos como carboidratos.

Ao inspirar, obtemos oxigênio do ar, e o dióxido de carbono residual é expelido quando expiramos.

Todas as células estão próximas aos finos capilares sanguíneos que trazem a glicose (do intestino) e o oxigênio (dos pulmões), que se difundem nas células, e o dióxido de carbono residual se espalha para ser transportado para os pulmões.

Saiba que a respiração é um processo usado por todos os organismos vivos que libera energia em moléculas orgânicas.

As moléculas orgânicas usadas na respiração são geralmente açúcares.

A respiração continua em todas as células vivas

A energia pode ser usada nas células:

para construir moléculas maiores a partir de outras menores, por exemplo, proteínas de aminoácidos,

em animais, para permitir que os músculos se contraiam e relaxem, por exemplo, para mover membros e mover-se,

em mamíferos e pássaros, para manter uma temperatura corporal estável em ambientes mais frios, lentamente deixamos de funcionar se ficarmos muito quentes ou muito frios.

nas plantas, para construir a partir de açúcares, nitratos e outros nutrientes, aminoácidos que são então transformados em proteínas - os animais não podem fazer isso, precisamos absorver a proteína, quebrá-la e transformá-la em nossas proteínas necessárias, tudo o que precisa de energia.

Ser capaz de explicar como o sistema circulatório humano facilita a respiração, incluindo

(a) glicose e oxigênio se difundem dos capilares para as células respiratórias

(b) o dióxido de carbono se difunde das células respiratórias para os capilares.

O sistema circulatório carrega toda a glicose, oxigênio, dióxido de carbono residual (e tudo mais) por todo o corpo através da corrente sanguínea.

A glicose vem da degradação digestiva de alimentos como carboidratos.

Ao inspirar, obtemos oxigênio do ar, e o dióxido de carbono residual é expelido quando expiramos.

Todas as células estão próximas aos finos capilares sanguíneos que trazem a glicose (do intestino) e o oxigênio (dos pulmões), que se difundem nas células, e o dióxido de carbono residual se espalha para ser transportado para os pulmões.

Ser capaz de definir difusão como o movimento de partículas de uma área de alta concentração para uma área de baixa concentração.

Saiba como aplicar essa ideia ao processo de respiração.

As membranas celulares finas permitem a difusão de pequenas moléculas para dentro e para fora das células.

Como os capilares são finos e numerosos, a distância de difusão das células é curta, portanto, a transferência de nutrientes para dentro e de produtos residuais para fora é o mais eficiente possível.

À medida que as células respiram, elas usam oxigênio / glicose, de modo que sua concentração cai na célula. Portanto, as concentrações externas (por exemplo, nos capilares) são mais altas, de modo que mais oxigênio / glicose se difundirá na célula.

Ao mesmo tempo, a concentração do dióxido de carbono do produto residual aumenta na célula e, portanto, o dióxido de carbono se difundirá naturalmente para fora da célula para a região de concentração mais baixa nos capilares.

Índice de notas de biologia celular (para todas as páginas relevantes de biologia GCSE)

e Manter-se saudável - notas de revisão da biologia do gcse dieta e exercício


Investigando a respiração de vermes

Objetivo: O objetivo da minha investigação é ver como a taxa de respiração de alguns vermes difere entre a temperatura ambiente e outras temperaturas, em termos de volume de oxigênio produzido.

Predição Simples

Prevejo que, conforme aumento a temperatura das larvas, a taxa de respiração aumentará. Acho isso porque a respiração é um processo de reações dependente de enzimas. O aumento da temperatura dará às enzimas e substratos mais energia cinética e, portanto, aumentará a taxa de respiração.

Isso é explicado com mais detalhes posteriormente.

Método

  1. Usando uma seringa cheia de fluido de manômetro, vou encher um manômetro pela metade.
  2. Em seguida, colocarei uma torneira de 3 vias em um dos tubos de aplicação no tampão e a esta torneira anexarei uma seringa.
  3. Em seguida, colocarei 2g de cal sodada no fundo de cada um dos dois tubos de ebulição e, em seguida, colocarei uma gaze em cada um, que ficará um pouco acima da cal sodada.

Teste justo

Para garantir que o experimento seja justo, há muitas coisas que posso fazer. Em primeiro lugar, devo garantir que nenhum verme entre em contato com a cal sodada, pois isso é prejudicial para eles e pode afetar sua respiração. Além disso, devo garantir que, quando colocar os vermes em um banho-maria, garantirei que eles fiquem dentro da água e não acima dela. Isso garantirá que os vermes estejam todos na mesma temperatura. Também me certificarei de ler a posição do fluido do manômetro ao nível dos olhos, para evitar a leitura incorreta da posição do fluido.

Bujões (presos a 2 tubos de entrega)

Tubo capilar em U (manômetro)

Existem muitos aparelhos que decidi usar em detrimento de outros, e isso porque a precisão do equipamento é muito maior. Abaixo estão descritas várias razões pelas quais decidi usar alguns aparelhos em vez de outros, bem como delineando porque estou usando alguns dos aparelhos que listei acima.

Decidi usar o banho-maria em oposição ao bico de Bunsen, pois há uma menor flutuação de temperatura. Usar um bico de Bunsen para manter a temperatura é muito difícil e também impreciso. No entanto, um banho-maria pode manter a temperatura com um nível de precisão muito mais alto. Isso garantirá que o experimento seja justo em termos de temperatura dos vermes. Uma flutuação na temperatura significaria que as enzimas e substratos têm níveis variáveis ​​de energia cinética, o que tornaria o experimento impreciso.

& # 8211 Escalas de medição precisas

Em meu experimento, estou usando escalas de medição que medem até o centésimo de um grama. Isso ocorre porque a taxa de respiração depende da massa dos vermes, portanto, devo saber a massa exata dos vermes. Serei então capaz de calcular o volume de oxigênio produzido por minuto por grama.

O erro percentual de qualquer aparelho é calculado por

A maneira de reduzir a porcentagem de erro pode ser feita fazendo uma leitura maior - ou seja, em vez de usar 1g de larvas, use 10g. Portanto, isso resultaria em uma porcentagem de erro menor. Alternativamente, para reduzir o erro percentual, devo usar um aparelho com uma margem de erro menor. Usar uma escala de medição, que mede até 2 casas decimais de um grama, seria adequado, mas se uma escala de medição mais precisa pudesse ser usada, isso tornaria meu experimento ainda mais preciso.

Isso é necessário para que eu possa calcular a taxa de consumo de oxigênio. O simples registro do volume de oxigênio produzido só me permitiria ver que os vermes estão respirando, o que não é muito útil.

Estou usando uma seringa de 1cm3, pois ela é necessária para colocar o fluido do manômetro no manômetro. A razão para usar uma seringa de 1cm3 em oposição a uma seringa de 10cm3 é porque ela tem uma margem de erro menor e, portanto, a torna mais precisa de usar.

Estou usando um termômetro para garantir que a temperatura do banho-maria permaneça constante o tempo todo. Se flutuar, posso explicar quaisquer alterações na taxa de respiração.

As larvas têm sangue frio e, portanto, não conseguem regular a temperatura do corpo como os mamíferos. Se forem colocados em banho-maria a 40 graus Celsius, eles permanecerão nessa temperatura. Por essa razão, larvas estão sendo usadas para determinar como a taxa de respiração é afetada pela temperatura.

& # 8211 Tubo U capilar (manômetro)

Existem várias configurações para medir a absorção de oxigênio de qualquer organismo. Muitas dessas configurações são tubos de ebulição ou um tubo de ensaio conectado a uma balança. O ar é então aspirado dos arredores e a bolha se move em direção aos invertebrados no tubo de ebulição. Esta configuração é mostrada abaixo.

No entanto, o problema surge quando esta configuração é usada quando os invertebrados são colocados em banho-maria. O ar dentro do tubo de ebulição se aquece e, portanto, se expande. O ar que está sendo aspirado de fora para empurrar a bolha está com uma pressão mais baixa. Como resultado, o ar dentro do tubo de ebulição exercerá uma força sobre a bolha e a empurrará para fora e para longe dos invertebrados. Isso, portanto, não dará uma indicação precisa do volume de oxigênio produzido, pois a bolha não se moverá tão longe quanto deveria. Isso pode ser visto no diagrama abaixo.

O uso de um dispositivo de sistema fechado para medir o consumo de oxigênio pode eliminar esse problema. É o caso do manômetro, que é conectado a um tubo de controle. Quando os invertebrados são colocados em banho-maria, os dois tubos estão à mesma temperatura e, portanto, à mesma pressão. Portanto, o fluido do manômetro não se afastará dos invertebrados, pois há uma força igual para se opor a esse aumento de pressão. Como resultado, o verdadeiro consumo de oxigênio pode ser medido. Por esse motivo, decidi usar um manômetro para medir a taxa de consumo de oxigênio.

A razão para usar cal sodada é para que qualquer dióxido de carbono seja absorvido. Quando os vermes respiram, eles produzem dióxido de carbono. Se a cal sodada não estivesse presente, o fluido do manômetro no manômetro não se moveria, pois o volume de gás não está mudando. Quando a cal sodada é colocada nos tubos, o dióxido de carbono liberado pelos vermes da respiração será absorvido. À medida que o oxigênio está sendo consumido, o volume no tubo diminui e isso empurra o fluido do manômetro em direção ao tubo que contém os invertebrados.

Abaixo está um diagrama mostrando como pretendo configurar o aparelho.

Existem muitas variáveis ​​que afetam a frequência ou a respiração, então devo levar isso em consideração quando estou fazendo meus experimentos. Essas variáveis ​​são detalhadas a seguir.

& # 8211 Temperatura - a respiração envolve enzimas. A glicose é uma molécula bastante estável, portanto, tem uma energia de ativação bastante alta. Isso deve ser superado antes que qualquer glicose possa ser oxidada, então enzimas são usadas para reduzir esse nível de energia. Portanto, os vermes devem permanecer em uma temperatura conhecida para que a taxa de respiração seja estável. Como a temperatura é uma variável em meu experimento, devo garantir que a temperatura dos vermes permaneça constante ao longo dos experimentos. Vou variar a temperatura de 10 graus Celsius a 60 graus Celsius em intervalos de 10 * c.

& # 8211 Massa de larvas- Claramente, mais larvas significa mais respiração e, portanto, mais oxigênio é consumido. Devo, portanto, manter a massa dos vermes constante.

& # 8211 Formas de respiração - Existem duas formas de respiração - aeróbica e anaeróbica. Em meus experimentos, estou contando com o fato de que os vermes irão consumir ar - portanto, respirando aerobicamente, e isso fará com que a bolha seja empurrada em direção aos vermes. Se às vezes eles respiram sem oxigênio - ou seja, respiração anaeróbica - a taxa de consumo de oxigênio será afetada e fornecerá resultados imprecisos. Devo, portanto, ter isso em mente ao realizar meus experimentos.

& # 8211 Concentração de enzimas / substratos - a respiração é um processo dependente de enzimas e, portanto, a concentração de enzimas e substratos deve ser mantida constante. Isso não é algo que serei capaz de controlar em meu experimento, exceto mantendo constante a massa dos vermes. Devo, portanto, ter isso em mente ao realizar minha investigação.

& # 8211 Ciclo de vida - Assim como qualquer outro organismo vivo, os vermes fazem parte de um ciclo de vida. Este ciclo é mostrado abaixo.

Larva de mosca alada adulta (larva)

À medida que o verme envelhece e avança no ciclo de vida, ele se torna um organismo mais especializado. A mosca é um estágio muito mais complexo do organismo do que a larva e, portanto, respirará mais rápido. Embora seja fácil ver as diferenças entre uma mosca e um verme, devo levar em consideração que a idade do verme aumenta durante as 2 semanas de minha investigação. Devo, portanto, levar isso em consideração ao realizar minha investigação.

Existem várias medidas que devo fazer ao realizar o experimento.

& # 8211 Precisarei registrar a posição inicial do fluido do manômetro e a distância que ele percorreu após vários períodos de tempo. Posso então calcular o consumo cumulativo de oxigênio.

& # 8211 A temperatura ao redor das larvas

& # 8211 Massa de cal sodada em cada tubo de fervura

& # 8211 Massa de vermes no tubo de ebulição

Para garantir que o experimento seja justo, darei tempo aos vermes para se aclimatarem ao novo ambiente. Em seguida, farei leituras por vários minutos e, em seguida, repetirei cada temperatura duas vezes. Isso me permitirá levar em conta quaisquer resultados anômalos que eu possa adquirir durante os experimentos.

A tabela abaixo mostra as principais fontes de erro e como planejei reduzi-los.

Método proposto para aumentar a confiabilidade

Escalas de medição para medir a massa de larvas

Usando escalas de medição que medem com um maior grau de precisão, posso calcular a taxa de consumo de oxigênio por grama de larva com mais precisão

Lendo a posição do fluido do manômetro

Ao ler a posição do fluido do manômetro, é essencial que eu faça isso no nível dos olhos e em linha reta para que eu leia com precisão a posição do fluido. Se feito com precisão, a posição pode ser lida para 0,5 de um milímetro

Larvas caindo em cal sodada

Se isso ocorrer, os vermes podem começar a respirar em uma taxa diferente. Garantir que o gauss se encaixe firmemente nas laterais do tubo de ebulição pode reduzir esse problema.

Se as presilhas não estiverem seguras ao redor dos tubos de ebulição, um pouco de ar entrará no tubo de ebulição contendo as larvas sem passar pelo manômetro. Portanto, a taxa de consumo de oxigênio parecerá ser menor.

Dióxido de carbono pronto presente no tubo de ebulição

O dióxido de carbono tem uma pequena contribuição para a composição do ar. Quando o tampão é fechado pela primeira vez, haverá dióxido de carbono extra no tubo que contém os vermes. Isso será absorvido pela cal sodada e a bolha se moverá como resultado. Isso, entretanto, não é devido ao consumo de oxigênio dos vermes e, portanto, adicionará imprecisão ao experimento. Fechar a tampa e depois esperar por cerca de um minuto para que não haja dióxido de carbono no início pode eliminar isso.

Vermes não totalmente aclimatados ao seu novo ambiente

Isso significaria que sua taxa de respiração não seria estável enquanto eles estivessem nos tubos de ebulição e, portanto, seria imprecisa na medição do consumo de oxigênio. Durante alguns minutos, eles podem ficar mais ativos, de modo que a taxa não seja constante. Isso pode ser eliminado permitindo que os vermes tenham bastante tempo para se aclimatarem ao novo ambiente

Flutuações na temperatura do banho de água

Como as larvas são de sangue frio, têm uma estrutura simples e não podem controlar efetivamente sua temperatura corporal, elas irão respirar de acordo com o ambiente em que se encontram. Portanto, se o banho de água esquentar, a taxa aumentará e vice-versa, e mais uma vez a taxa não seria constante. Repetindo o experimento, esses fatores podem ser contabilizados.

Durante minha investigação, há vários problemas de segurança que devo seguir para garantir que meu experimento seja seguro. Eles são detalhados abaixo:

& # 8211 Usarei uma seringa para inserir o fluido do manômetro no manômetro, o que pode facilmente cortar você e ferir alguém. Portanto, vou ter certeza de cobrir a agulha de volta quando terminar de usá-la. Isso proporcionará um ambiente de trabalho seguro.

& # 8211 Soda Lime é corrosivo, portanto, devo garantir que não entre em contato com a minha pele. Portanto, usarei uma espátula quando precisar retirar um pouco da garrafa. Se eu entrar em contato com alguém, lavarei imediatamente minhas mãos cuidadosamente.

& # 8211 Há muitas vidrarias em meu experimento, portanto, tomarei cuidado ao usá-las. Se eu deixar cair alguma coisa, limparei o vidro usando uma pá de lixo e uma escova, certificando-me de não tocar em nenhum dos pedaços de vidro estilhaçados.

& # 8211 Finalmente estarei usando banho-maria em temperatura de até 60 graus Celsius. Portanto, terei que trabalhar com cuidado e, se me queimar, imediatamente lavarei minha mão com água fria.

A bolha de distância cumulativa se move (mm) após cada minuto

Volume cumulativo médio de oxigênio produzido por minuto por grama (mm3 min-1 g-1)

Exemplo: Para calcular o volume cumulativo médio de oxigênio produzido por minuto por grama a 2 minutos para a temperatura ambiente:

Valor de Pi x (raio do manômetro) 2 x distância movida pela bolha

Portanto: 3,141592654 x (0,4) 2 x 12 = 1,16 mm3 min-1 g-1

A partir dos resultados preliminares, você pode ver que conforme a temperatura sobe da temperatura ambiente para 35 graus Celsius, o volume cumulativo de oxigênio produzido ao longo de um período de 6 minutos aumenta - ou seja, a taxa de respiração aumenta. Isso apóia a previsão simples que fiz, na qual afirmei que a taxa de respiração aumentaria, o que pode ser visto claramente no gráfico. Agora posso entrar em uma teoria científica mais detalhada de como a taxa de respiração aumentou.

Teoria

A respiração é um processo no qual as moléculas orgânicas são quebradas em vários estágios para liberar energia potencial química. Isso é então usado para sintetizar trifosfato de adenosina (ATP). Normalmente, a molécula orgânica é a glicose, mas ácidos graxos e aminoácidos também podem ser usados ​​se a glicose não estiver presente.

Os 4 estágios principais da respiração são a glicólise, a reação de ligação, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa.

A glicólise é o estágio em que a glicose é quebrada e isso ocorre no citoplasma de uma célula. Inicialmente, 2 unidades de ATP são necessárias para quebrar a glicose (molécula de 6 carbonos) em 2 moléculas de piruvato (molécula de 3 carbonos). No entanto, durante as etapas entre a divisão da glicose e a formação do piruvato, a energia é liberada e então usada para fazer 4 unidades de ATP. O diagrama abaixo mostra a via glicolítica.

No diagrama acima, você pode ver as etapas entre a quebra da glicose e a formação do piruvato. Em primeiro lugar, a glicose, que consiste em 6 carbonos, é fosforilada, um processo que requer energia. Como é fosforilado duas vezes, para formar o bisfosfato de hexose, são utilizadas 2 unidades de ATP. A glicose é muito rica em energia, mas não é reativa devido a sua estrutura estável. Portanto, é decomposto para dar 2 moléculas de fosfato de triose. 2 átomos de hidrogênio são então removidos desta molécula por 2 moléculas de nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) para formar 2 moléculas de piruvato. O diagrama abaixo mostra a estrutura do NAD.

Portanto, em resumo, a glicólise resulta no aumento líquido de duas moléculas de ATP. No entanto, o piruvato ainda contém uma grande quantidade de energia potencial química, que é liberada nos próximos estágios da respiração. O próximo estágio do processo é a reação de Link, que envolve muitas enzimas. Eles trabalham para diminuir a energia de ativação das reações e seus mecanismos serão discutidos mais adiante.

Durante a reação de ligação, o piruvato é descarboxilado - isto é, o dióxido de carbono é removido. Isso é muito significativo em minha investigação, pois esse dióxido de carbono é o que será absorvido pela cal sodada e, portanto, me permitirá calcular a taxa de consumo de oxigênio.

O piruvato é então desidrogenado e combinado com a coenzima A (CoA) para formar acetil CoA, que é uma molécula de 2 carbonos. Mais uma vez, o NAD é o transportador que remove os átomos de hidrogênio e forma o NAD reduzido.

O terceiro estágio do processo respiratório é conhecido como ciclo de Krebs, que é uma via fechada de reações controladas por enzimas. O produto da reação de ligação (acetil-CoA) combina-se com oxaloacetato, um composto de 4 carbonos, para formar citrato, um composto de 6 carbonos. Como o piruvato, este é então descarboxilado e desidrogenado em várias etapas e, eventualmente, o oxaloacetato é regenerado para permitir que o ciclo reinicie.

Cada volta do ciclo resulta na formação de 2 moléculas de dióxido de carbono, uma molécula de FAD e 3 moléculas de NAD são reduzidas e uma molécula de ATP é gerada. O diagrama abaixo mostra a reação do Link e o ciclo de Krebs.

É no estágio final da respiração que a maior parte do ATP é produzida, e é esse estágio que requer oxigênio. É neste estágio que os átomos de hidrogênio transportados pelo NAD reduzido e pelo FAD reduzido são colocados em uso, e o estágio é conhecido como Fosforilação Oxidativa.

Durante a glicólise, a reação de Link e o Ciclo de Krebs, apenas algumas moléculas de ATP foram produzidas. É durante a fosforilação oxidativa que a maior parte da energia presa na molécula de glicose original será liberada. A cadeia de transporte de elétrons é uma rede de proteínas transportadoras de elétrons localizadas na membrana interna da mitocôndria. NAD reduzido e FAD reduzido passam para a cadeia de transporte de elétrons, e aqui os átomos de hidrogênio são liberados dos dois portadores. Ao fazer isso, uma molécula de ATP pode ser sintetizada. Os átomos de hidrogênio então se dividem em íons de hidrogênio (H +) e elétrons. Os íons de hidrogênio permanecem na matriz mitocondrial, enquanto os elétrons são transferidos para o primeiro portador de elétrons. À medida que passa entre os três portadores de elétrons, o nível de energia dos portadores, em relação ao oxigênio, diminui. Isso libera energia, que é usada para sintetizar ATP. Desta forma, mais duas moléculas de ATP são produzidas. Finalmente, o elétron atinge o aceptor final de elétrons, que também está localizado na matriz mitocondrial, e é o oxigênio. 2 íons de hidrogênio também serão extraídos e o oxigênio é reduzido a água.

É por isso que, em minha investigação, o fluido do manômetro no manômetro se moverá em direção aos vermes. Os vermes precisam de oxigênio para este último estágio da respiração, que é o que estou medindo para calcular a taxa de respiração.

No entanto, isso representa apenas 3 das 28 moléculas de ATP formadas durante a fosforilação oxidativa. As outras moléculas de ATP são sintetizadas devido ao processo de quimiosmose. A energia liberada pela cadeia de transporte de elétrons também é usada para bombear íons de hidrogênio para o espaço intermembranar mitocondrial. Devido a isso, a concentração de íons de hidrogênio no espaço intermembrana aumenta. Isso configura um gradiente de concentração e os íons de hidrogênio, então, passam de volta através da membrana para a matriz mitocondrial através dos canais de proteína. Em cada canal está a ATP sintase, que atua como uma enzima e usa a energia potencial de 3 íons de hidrogênio para converter ADP e Pi (fosfatos inorgânicos) em ATP. Os diagramas abaixo mostram o processo de fosforilação oxidativa e também como funciona a ATP sintase. A ATP sintase é uma enzima, o que mostra que a respiração é dependente de enzimas e, portanto, devo também considerar como as enzimas funcionam para tornar esse processo possível.

Agora que vimos como a respiração é capaz de liberar energia da glicose, podemos considerar o papel que as enzimas desempenham no processo. O diagrama de entalpia abaixo mostra a mudança geral da glicose em dióxido de carbono e água.

Embora existam muitos compostos formados entre a glicose e o produto final, essencialmente, todos podem ser considerados como um só. Isso ocorre porque para que cada etapa individual ocorra, a energia de ativação deve ser superada. As enzimas atuam diminuindo essa energia, o que permite que a glicose seja convertida em piruvato durante a glicólise, o piruvato seja convertido em acetil-CoA durante a reação de Link etc. Agora irei entrar em mais detalhes sobre como as muitas enzimas envolvidas na respiração são capazes de fazer isso.

Uma enzima pode ser definida como um catalisador biológico e é afetada pelo ambiente em que se encontra. A enzima tem uma forma tridimensional específica e isso significa que uma determinada enzima pode quebrar apenas substratos com uma determinada forma.

Por exemplo. Por esta razão, a amilase só pode quebrar o amido, devido ao encaixe dos substratos no sítio ativo. No entanto, não pode quebrar os lipídios, pois os substratos lipídicos têm uma estrutura que não permite que se encaixem no sítio ativo da enzima amilase.

Como afirmado anteriormente, as enzimas são proteínas globulares tridimensionais complexas. O sítio ativo, que geralmente é uma fenda na estrutura, contém alguns aminoácidos que realizam a decomposição de uma substância.

Diagrama mostrando a estrutura de um

A enzima está na estrutura terciária de uma proteína. É mantido unido por várias ligações, que são ligações de hidrogênio, ligações iônicas, ligações dissulfeto e interações hidrofóbicas entre cadeias laterais apolares. As longas cadeias de aminoácidos que se enrolam em si mesmas dão origem a essa estrutura. As ligações de hidrogênio então se formam entre os grupos -CO de um aminoácido e o grupo -NH de outro, que mantém esta forma no lugar. Isso é chamado de? - hélice e é a estrutura secundária. Essa estrutura pode se enrolar em uma forma tridimensional precisa, que é a estrutura terciária. O diagrama abaixo mostra como as ligações de hidrogênio podem se formar.

Os grupos R determinam a forma do sítio ativo em uma enzima. A grande variedade de grupos R diferentes significa que podem existir locais ativos de diferentes formas, explicando por que as enzimas são específicas para um tipo de substrato.

O diagrama abaixo, retirado de & # 8216Biology 1 & # 8217, ilustra como uma enzima funciona.

1 Diagrama mostrando como uma enzima acelera a degradação de um substrato

O diagrama acima se relaciona a como as enzimas na respiração funcionam. No diagrama à esquerda, podemos ver que a enzima e o substrato estão em uma mistura. O substrato se move para o sítio ativo da enzima. Os dois então se ligam e formam um complexo enzima-substrato. É mantido no lugar usando ligações temporárias que se formam entre os grupos R do aminoácido da enzima & # 8217s e o substrato. Essas ligações são fracas e, portanto, não são covalentes.

O diagrama de fechadura e chave pode ser usado para entender a forma específica da enzima. O substrato acima se ajusta à forma do sítio ativo, portanto pode se ligar a ele. Qualquer outra forma não caberá neste site ativo. A teoria de uma fechadura e uma chave pode ser semelhante a isso, pois se a chave, ou seja, o substrato, não tiver o formato correto, ela não caberá na fechadura, que é a enzima.

Finalmente, as interações entre o substrato e o sítio ativo da enzima causam a quebra do substrato. As ligações temporárias, que se formam durante este processo, causam uma tendência maior para a quebra de uma substância, o que por sua vez reduz a energia de ativação. Isso será explicado com mais detalhes na próxima seção.

Agora que sabemos o que é uma enzima, podemos ver como a alteração da temperatura causaria uma mudança na taxa de reação da respiração.

Para que uma reação ocorra, as partículas devem colidir com uma certa energia cinética mínima. O tamanho dessa energia cinética necessária varia entre as reações devido às diferentes entalpias de ligação. Uma enzima atua reduzindo a energia de ativação, conforme mostrado no diagrama abaixo.

Energia

Como você pode ver, a enzima diminui a energia de ativação, o que dá a um maior número de partículas a energia mínima necessária para que a reação ocorra. O diagrama do perfil de energia mostra os picos menores, que surgem como resultado da enzima. O primeiro é da formação do complexo enzima-substrato. Após esse estágio, o complexo enzima-produto se forma, o que também requer energia, mas menos do que o complexo enzima-substrato. Finalmente, a enzima e os produtos se afastam e a enzima pode ser usada novamente.

As moléculas durante o processo de respiração têm uma gama de energias cinéticas diferentes. A maioria das partículas se moverá a velocidades moderadas, outras terão energia cinética um pouco maior e algumas um pouco menos. Quando a temperatura dos reagentes aumenta, eles se movem mais rápido e têm uma quantidade maior de energia cinética.

Isso significa que, dos substratos que colidem com as enzimas, a quantidade de energia do impacto tem maior probabilidade de exceder a energia de ativação. A enzima reduz ainda mais a energia de ativação, de modo que um número maior de moléculas tenha a energia necessária e possa causar uma reação. Isso é ilustrado no diagrama abaixo.

O diagrama acima mostra que apenas uma pequena proporção das moléculas tem a energia E para superar a energia de ativação (que neste caso é 50kg mol-1), e para causar a ocorrência de uma reação. No entanto, se agora aumentarmos a temperatura, o gráfico se parecerá com o mostrado abaixo.

2Dcurvas de distribuição mostrando efeito de um aumento de temperatura de 10K na proporção de reações com mais de 50kg mol-1

No gráfico, você pode ver que, ao aumentar a temperatura em 10 Kelvins, o gráfico mudou para a direita - ou seja, há uma energia cinética média mais alta de cada partícula. Há uma proporção muito maior de moléculas com mais de 50kg mol-1, o que significa que mais colisões serão bem-sucedidas o suficiente para que uma reação ocorra.

Portanto, o aumento da temperatura aumentará a energia cinética média dos reagentes, o que permitirá que um maior número de reações ocorra. É por isso que acho que o aumento da temperatura aumentará a taxa de respiração. No entanto, elevar muito a temperatura fará com que a enzima se torne desnaturada. Isso significa que as ligações que mantêm a estrutura terciária da enzima juntas serão superadas e o sítio ativo terá sua forma alterada. Como resultado, as ligações temporárias que ocorrem entre o substrato e a enzima não podem se formar. Portanto, isso faria com que a enzima se tornasse inútil, de modo que o progresso da reação diminuiria e, eventualmente, pararia.


Laboratório típico de respiração celular com respirômetro - por que o hidróxido de potássio (KOH) é necessário? - Biologia

Por meio deste site, buscamos materiais históricos relacionados às células a combustível. Construímos o site para coletar informações de pessoas já familiarizadas com a tecnologia e pessoas, como inventores, pesquisadores, fabricantes, eletricistas e profissionais de marketing. Esta seção Básica apresenta uma visão geral das células de combustível para visitantes casuais.

Uma célula de combustível é um dispositivo que gera eletricidade por meio de uma reação química. Cada célula a combustível possui dois eletrodos chamados, respectivamente, ânodo e cátodo. As reações que produzem eletricidade ocorrem nos eletrodos.

Cada célula a combustível também tem um eletrólito, que carrega partículas eletricamente carregadas de um eletrodo para o outro, e um catalisador, que acelera as reações nos eletrodos.

O hidrogênio é o combustível básico, mas as células a combustível também requerem oxigênio. Um grande apelo das células de combustível é que elas geram eletricidade com muito pouca poluição & # 150muito do hidrogênio e do oxigênio usados ​​na geração de eletricidade, em última análise, combinam-se para formar um subproduto inofensivo, ou seja, a água.

Um detalhe de terminologia: uma única célula de combustível gera uma pequena quantidade de eletricidade de corrente contínua (DC). Na prática, muitas células de combustível são geralmente montadas em uma pilha. Célula ou pilha, os princípios são os mesmos.

O objetivo de uma célula de combustível é produzir uma corrente elétrica que pode ser direcionada para fora da célula para fazer trabalho, como alimentar um motor elétrico ou iluminar uma lâmpada ou uma cidade. Devido à forma como a eletricidade se comporta, essa corrente retorna para a célula de combustível, completando um circuito elétrico. (Para saber mais sobre eletricidade e energia elétrica, visite & # 34Throw The Switch & # 34 no site da Smithsonian Powering a Generation of Change.) As reações químicas que produzem essa corrente são a chave para o funcionamento de uma célula de combustível.

Existem vários tipos de células de combustível e cada uma opera de maneira um pouco diferente. Mas, em termos gerais, os átomos de hidrogênio entram em uma célula de combustível no ânodo, onde uma reação química retira seus elétrons. Os átomos de hidrogênio agora são & # 34ionizados & # 34 e carregam uma carga elétrica positiva. Os elétrons carregados negativamente fornecem a corrente por meio de fios para fazer o trabalho. Se a corrente alternada (CA) for necessária, a saída CC da célula de combustível deve ser direcionada por meio de um dispositivo de conversão denominado inversor.


Gráfico de Marc Marshall, Centro de Pesquisa Energética Schatz

O oxigênio entra na célula de combustível no cátodo e, em alguns tipos de células (como a ilustrada acima), combina-se com os elétrons que retornam do circuito elétrico e os íons de hidrogênio que viajaram através do eletrólito do ânodo. Em outros tipos de células, o oxigênio coleta elétrons e, em seguida, viaja através do eletrólito até o ânodo, onde se combina com os íons de hidrogênio.

O eletrólito desempenha um papel fundamental. Deve permitir que apenas os íons apropriados passem entre o ânodo e o cátodo. Se elétrons livres ou outras substâncias pudessem viajar através do eletrólito, eles interromperiam a reação química.

Quer se combinem no ânodo ou cátodo, o hidrogênio e o oxigênio formam água, que é drenada da célula. Enquanto uma célula de combustível for fornecida com hidrogênio e oxigênio, ela gerará eletricidade.

Melhor ainda, uma vez que as células de combustível criam eletricidade quimicamente, em vez de por combustão, elas não estão sujeitas às leis termodinâmicas que limitam uma usina de energia convencional (consulte & # 34 Limite de carro & # 34 no glossário). Portanto, as células de combustível são mais eficientes na extração de energia de um combustível. O calor residual de algumas células também pode ser aproveitado, aumentando ainda mais a eficiência do sistema.

Então, por que não posso sair e comprar uma célula de combustível?

O funcionamento básico de uma célula de combustível pode não ser difícil de ilustrar. Mas construir células de combustível baratas, eficientes e confiáveis ​​é um negócio muito mais complicado.

Cientistas e inventores projetaram muitos tipos e tamanhos diferentes de células de combustível em busca de maior eficiência, e os detalhes técnicos de cada tipo variam. Muitas das escolhas que os desenvolvedores de células de combustível enfrentam são limitadas pela escolha do eletrólito. O projeto dos eletrodos, por exemplo, e os materiais usados ​​para fazê-los dependem do eletrólito. Hoje, os principais tipos de eletrólitos são álcali, carbonato fundido, ácido fosfórico, membrana de troca de prótons (PEM) e óxido sólido. Os três primeiros são eletrólitos líquidos e os dois últimos são sólidos.

O tipo de combustível também depende do eletrólito. Algumas células precisam de hidrogênio puro e, portanto, exigem equipamentos extras, como um & # 34 reformador & # 34 para purificar o combustível. Outras células podem tolerar algumas impurezas, mas podem precisar de temperaturas mais altas para funcionar com eficiência. Eletrólitos líquidos circulam em algumas células, o que requer bombas. O tipo de eletrólito também determina que a temperatura de operação da célula & # 39s & # 150 & # 34molten & # 34 as células de carbonato esquentem, assim como o nome indica.

Cada tipo de célula a combustível tem vantagens e desvantagens em comparação com as outras, e nenhuma ainda é barata e eficiente o suficiente para substituir amplamente as formas tradicionais de geração de energia, como a carvão, hidrelétricas ou mesmo nucleares.

A lista a seguir descreve os cinco tipos principais de células de combustível. Informações mais detalhadas podem ser encontradas nessas áreas específicas deste site.

Diferentes tipos de células de combustível.


Desenho de uma célula alcalina.
As células a combustível alcalinas operam com hidrogênio e oxigênio comprimidos. Eles geralmente usam uma solução de hidróxido de potássio (quimicamente, KOH) em água como seu eletrólito. A eficiência é de cerca de 70 por cento e a temperatura operacional é de 150 a 200 graus C (cerca de 300 a 400 graus F). A saída da célula varia de 300 watts (W) a 5 quilowatts (kW). Células alcalinas foram usadas na espaçonave Apollo para fornecer eletricidade e água potável. Eles requerem combustível de hidrogênio puro, entretanto, e seus catalisadores de eletrodo de platina são caros. E como qualquer recipiente cheio de líquido, eles podem vazar.

Ácido fosfórico as células de combustível (PAFC) usam ácido fosfórico como eletrólito. A eficiência varia de 40 a 80 por cento e a temperatura operacional está entre 150 a 200 graus C (cerca de 300 a 400 graus F). As células de ácido fosfórico existentes têm saídas de até 200 kW e 11 unidades MW foram testadas. Os PAFCs toleram uma concentração de monóxido de carbono de cerca de 1,5 por cento, o que amplia a escolha de combustíveis que podem usar. Se for usada gasolina, o enxofre deve ser removido. São necessários eletrodos-catalisadores de platina e as peças internas devem ser capazes de resistir ao ácido corrosivo.


Desenho de como o ácido fosfórico e as células de combustível PEM operam.

Membrana de troca de prótons (PEM) as células de combustível trabalham com um eletrólito de polímero na forma de uma folha fina e permeável. A eficiência é de cerca de 40 a 50 por cento e a temperatura operacional é de cerca de 80 graus C (cerca de 175 graus F). As saídas das células geralmente variam de 50 a 250 kW. O eletrólito sólido e flexível não vaza ou racha, e essas células operam a uma temperatura baixa o suficiente para torná-las adequadas para casas e carros. Mas seus combustíveis devem ser purificados e um catalisador de platina é usado em ambos os lados da membrana, aumentando os custos.

Informações mais detalhadas sobre cada tipo de célula de combustível, incluindo histórias e aplicações atuais, podem ser encontradas em suas partes específicas deste site. Também fornecemos um glossário de termos técnicos & # 150a link é fornecido no topo de cada página de tecnologia.


Assista o vídeo: Exercícios respiratórios (Novembro 2021).