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Laboratoire de respiration cellulaire typique avec un respiromètre - pourquoi l'hydroxyde de potassium (KOH) est-il nécessaire ?

Laboratoire de respiration cellulaire typique avec un respiromètre - pourquoi l'hydroxyde de potassium (KOH) est-il nécessaire ?


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Pour le contexte, si vous n'êtes pas sûr de ce à quoi cette question fait référence, n'hésitez pas à jeter un œil à cette vidéo de Bozeman Science et avancez jusqu'à environ 2h00. Dans un laboratoire de respiration cellulaire typique, en particulier celui décrit par le College Board, un respiromètre et des pois sont utilisés pour mesurer le taux de respiration. Ce qui m'embrouille, c'est pourquoi le KOH (hydroxyde de potassium) est nécessaire pour que le volume intérieur du respiromètre ne change pas. Pourquoi le solide formé par le 2KOH combiné au CO2 (K2CO3) ne provoquerait-il pas un changement de volume, puisqu'il occupe de l'espace dans le respiromètre tout comme les gaz ? Désolé si cela semble être une question idiote, j'ai une très faible connaissance de base de la chimie.

Pour une animation, n'hésitez pas à consulter ce lien de Pearson.

Merci!


Le précipité solide ne contribue pas autant à la pression à l'intérieur du flacon que le gaz. Intuitivement, la molécule gazeuse contribue à la pression par des collisions qui exercent une force sur le vaisseau (ce qui pousserait l'eau vers l'extérieur). En revanche, le précipité solide ne contribue à la pression que dans la mesure où il diminue le volume de la cuve, ce qui est négligeable par rapport à la perte d'énergie cinétique par molécule de gaz.

Fondamentalement, ce n'est pas parce qu'ils occupent tous les deux de l'espace qu'ils occupent le même espace (ou plutôt, qu'ils ne contribuent pas de manière égale à la pression dans le flacon). Les gaz ont tendance à occuper plus d'espace que les molécules en phase liquide ou solide de taille identique, en raison de leur énergie cinétique de mouvement et de la force de leurs collisions sur leur environnement. Le KOH réagit avec le CO2 pour le retirer du pool de molécules de gaz à haute énergie, les convertissant en molécules de basse énergie dans le solide. Avec le nombre inférieur de molécules contribuant à la pression (loi du gaz idéal), la pression est abaissée et la force de l'eau devient supérieure à la force du gaz, et l'eau pénètre dans le respiromètre.


Rapport du laboratoire de respiration cellulaire

Le but de ce laboratoire était de mesurer la variation de température de la respiration germinative et non germinative à l'aide d'un respiromètre. Cela a été fait en utilisant une seringue pour créer un respiromètre pour les graines d'avion, et un bécher rempli d'eau chauffée, puis à l'intérieur de la seringue se trouvaient du liquide de manomètre et de l'hydroxyde de potassium qui ont été utilisés pour mesurer les changements et pour aspirer l'oxygène des graines de la plante. . Nos résultats de ce laboratoire étaient incorrects et très différents des autres groupes, car le sceau des respiromètres était mal placé, ce qui a empêché l'expérience de se dérouler de la manière dont la plupart l'auraient fait.

Dans ce laboratoire, nous nous sommes concentrés sur la respiration cellulaire des graines de plantes en germination et non en germination. La respiration cellulaire est le processus d'oxydation des molécules alimentaires, comme le glucose, en dioxyde de carbone et en eau.

Monomère fluide rouge, 2 gouttes

graines, contrôle, haricot mungo, 10

graines, germination, haricots mungo, 10

solution d'hydroxyde de potassium, KOH, 15 %, 1 m :

eau, robinet, température ambiante, 1L

pince ou trombone plié

Procédure pour la construction d'un respiromètre-

1. Pousser le piston à fond dans la seringue

2. Collez à chaud un écrou hexagonal au bout du piston pour ajouter du poids

3. Insérez un tube capillaire dans l'extrémité de la seringue de sorte qu'environ la moitié soit à l'extérieur et que l'autre moitié soit complètement enfoncée à l'intérieur

4. Ajoutez de la colle chaude au tube capillaire pour assurer sa stabilité

5. Tirez doucement sur le piston une fois la colle refroidie pour vous assurer que le tube capillaire bouge seul avec lui et n'est pas coincé

6. Répétez les étapes 1 à 6 pour le deuxième respiromètre

Procédure pour l'activité de base-

1. Remplissez une tasse avec 16 oz d'eau du robinet à température ambiante

2. Placer le thermomètre dans l'eau

3. Aspirez une petite quantité de monomère rouge dans le tube capillaire et tirez-le le long du tube. Rejetez ensuite le tout pour qu'il reste une couche savonneuse. Cela empêchera les substances de coller dans le tube.

4. Placez 1/2 d'une boule de coton dans chaque respiromètre

5. Utilisez la tige d'agitation en verre pour pousser la boule de coton à côté du tube capillaire

6. Utilisez une pipette graduée pour insérer 0,5 ml d'hydroxyde de potassium à 15 % dans le coton

7. Placez de la fibre de rembourrage non absorbante dans chaque respiromètre

8. Utilisez la tige d'agitation en verre pour pousser le rembourrage à côté de la boule de coton. Cela garantira qu'aucun échantillon ne sera consommé par la solution alcaline.

9. Répétez les étapes 3 à 8 pour le deuxième respiromètre

10. Placez 10 haricots mungo germés dans un respiromètre et 10 haricots mungo contrôlés dans l'autre

11. Placez le tube capillaire vers le bas vers l'évier et replacez le piston jusqu'à ce qu'il soit à 4 ml

12. Mettez les deux respiromètres dans la tasse d'eau avec les tubes capillaires vers l'extérieur

14. Utilisez une pipette pour ajouter du liquide monomère rouge dans chaque extrémité du tube capillaire

15. Si le fluide est éjecté cela signifie qu'il y a une fuite dans le respiromètre, recoller si nécessaire

16. Utilisez un marqueur permanent pour marquer la progression du monomère rouge pendant 10 minutes. Notez également la température.

17. Retirez les respiromètres de l'eau et séchez-les

18. Utilisez une règle pour mesurer la distance entre chaque marque

19. Calculer le volume en ajoutant ou en soustrayant la différence entre le tube germé et le tube contrôlé

20. Construisez un graphique pour montrer le taux de respiration

Nos résultats finaux étaient erronés car nos graines germées dans le tube capillaire avaient une erreur. Le joint n'était pas correctement collé à chaud, ce qui rend la photosynthèse plus forte que la respiration. Cela a fait que le monomère rouge a été expulsé au lieu d'être tiré vers l'intérieur. Notre tube à essai contrôlé a fait ce qu'il était censé faire et le monomère rouge est resté immobile.

En laboratoire, le CO2 produit lors de la respiration cellulaire a été éliminé par l'hydroxyde de potassium (KOH) et a créé du carbonate de potassium (K2CO3). Il était nécessaire d'éliminer le dioxyde de carbone pour que la variation du volume de gaz dans le respiromètre soit directement proportionnelle à la quantité d'oxygène consommée. Dans l'expérience, l'eau a été déplacée vers la région de basse pression. Pendant la respiration, l'oxygène sera consommé et son volume sera réduit à un solide. Le résultat était une diminution du volume de gaz à l'intérieur du tube, et une diminution connexe de la pression dans le tube. Si nous avions configuré le respiromètre avec les billes de verre, il aurait servi de contrôle, permettant des changements de volume dus aux changements de pression atmosphérique et/ou de température.

Le laboratoire et les résultats obtenus de ce laboratoire ont démontré de nombreuses choses importantes relatives à la respiration cellulaire. Il a montré que les taux de respiration cellulaire sont plus élevés chez les haricots mungo en germination que chez les haricots mungo non en germination. Il a également montré que la température et les taux de respiration sont directement proportionnels à mesure que la température augmente, les taux de respiration augmentent également. De ce fait, les haricots mungo contenus dans les respiromètres placés dans l'eau à 10°C ont effectué la respiration cellulaire à un rythme inférieur à celui des haricots mungo dans les respiromètres placés dans l'eau à température ambiante. Les haricots mungo non germés consommaient beaucoup moins d'oxygène que les haricots mungo en germination. En effet, bien que les haricots mungo en germination et non en germination soient tous deux vivants, les haricots mungo en germination nécessitent de plus grandes quantités d'oxygène pour être consommées afin que la graine continue de croître et de survivre.


Niveau d'éducation

Sujet

Introduction

La respiration cellulaire fait référence au processus de conversion de l'énergie chimique des molécules organiques en une forme immédiatement utilisable par les organismes. Le glucose peut être oxydé complètement si suffisamment d'oxygène est disponible et se résume par la réaction suivante :

Tous les organismes, y compris les plantes et les animaux, oxydent le glucose pour produire de l'énergie. Souvent, cette énergie est utilisée pour convertir l'ADP et le phosphate en ATP.

Pour mesurer le taux de respiration cellulaire, le changement de pression dû à la consommation d'oxygène par les pois sera mesuré avec un capteur de pression de gaz. Il n'est pas possible de mesurer directement les changements de pression dus à l'oxygène, car le capteur de pression de gaz mesure le changement de pression total. Le dioxyde de carbone est produit lorsque l'oxygène est consommé. La pression due au CO2 pourrait annuler tout changement dû à la consommation d'oxygène. Pour éliminer ce problème, un produit chimique sera ajouté qui éliminera sélectivement le CO2. L'hydroxyde de potassium, KOH, réagira chimiquement avec le CO2 par l'équation suivante :

Cela vous permettra de surveiller les changements de pression exclusivement dus à la consommation d'oxygène.

UNE respiromètre est le système utilisé pour mesurer la respiration cellulaire. Les changements de pression dans le respiromètre sont directement proportionnels à un changement de la quantité de gaz dans le respiromètre, à condition que le volume et la température du respiromètre ne changent pas. Si vous souhaitez comparer la consommation d'oxygène dans deux respiromètres différents, comme nous le ferons dans cette expérience, vous devez garder le volume et la température de l'air égaux dans chaque respiromètre.

Les pois germés et non germés seront testés. De plus, la respiration cellulaire des pois en germination à deux températures différentes sera testée.

Objectifs

Dans cette expérience, vous allez

  • Mesurer la production de gaz.
  • Étudier l'effet de la température sur la respiration cellulaire.
  • Déterminez si les pois germés et les pois non germés respirent.
  • Comparez les taux de respiration cellulaire des pois germés et non germés.

Capteurs et équipement

Cette expérience comprend les capteurs et équipements suivants. Des équipements supplémentaires peuvent être nécessaires.

Option 1

Option 2

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WooCommerce : articles dans le paniersessionsession Aide WooCommerce à déterminer quand le contenu/les données du panier changent.
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Laboratoire Cinq Cellules Respiration

LABORATOIRE CINQ CELLULES RESPIRATION
INTRODUCTION
La respiration cellulaire aérobie est la libération d'énergie d'un composé organique à partir de composés organiques par oxydation chimique métabolique dans les mitochondries de chaque cellule. La respiration cellulaire implique une série de réactions enzymatiques. L'équation ci-dessous montre l'oxydation complète du glucose. L'oxygène est nécessaire pour que ce processus de libération d'énergie se produise. C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + 686 kilocalories d'énergie/mole de glucose oxydé OBJECTIF Ce laboratoire a fourni le processus de respiration cellulaire et comment il est affecté par la température dans les graines de pois en germination et en dormance. La respiration cellulaire est un processus catabolique producteur d'ATP dans lequel le récepteur d'électrons est une molécule inorganique. C'est la libération d'énergie à partir de composés organiques par oxydation chimique dans les mitochondries à l'intérieur de chaque cellule. Les glucides, les protéines et les graisses peuvent tous être métabolisés, mais la respiration cellulaire implique généralement du glucose : C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 686 Kcal d'énergie/mole de glucose oxydé. La respiration cellulaire implique la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne de transport d'électrons. La glycolyse est une voie catabolique qui se produit dans le cytosol et oxyde partiellement le glucose en deux pyruvate (3-C). Le cycle de Krebs se produit dans les mitochondries et décompose un pyruvate (acétyl-CoA) en dioxyde de carbone. Ces deux cycles produisent tous deux une petite quantité d'ATP par phosphorylation au niveau du substrat et de NADH en transférant des électrons du substrat au NAD+. Le cycle de Krebs produit également FADH2 en transférant des électrons à FAD. La chaîne de transport d'électrons est située au niveau de la membrane interne des mitochondries et accepte les électrons sous tension des enzymes qui sont collectées pendant la glycolyse et le cycle de Krebs, et couple ce glissement exergonique d'électrons à la synthèse d'ATP ou à la phosphorylation oxydative. Ce processus produit la majeure partie de l'ATP. La respiration cellulaire peut être mesurée de deux manières : la consommation d'O2 (combien de moles d'O2 sont consommées dans la respiration cellulaire) et la production de CO2 (combien de moles de CO2 sont produites dans la respiration cellulaire). PV = nRT est la formule de la loi des gaz inertes, où P est la pression du gaz, V est le volume du gaz, n est le nombre de molécules de gaz, R est la constante du gaz et T est la température de le gaz en degrés K. Cette loi montre plusieurs choses importantes sur les gaz. Si la température et la pression sont maintenues constantes, le volume du gaz est directement proportionnel au nombre de molécules du gaz. Si la température et le volume restent constants, la pression du gaz change en proportion directe du nombre de molécules de gaz. Si le nombre de molécules de gaz et la température restent constants, alors la pression est inversement proportionnelle au volume. Si la température change et que le nombre de molécules de gaz est maintenu constant, alors la pression ou le volume ou les deux changeront en proportion directe de la température. Matériel Matériel nécessaire pour le laboratoire : 2 thermomètres, 2 bains peu profonds, eau du robinet, glace, essuie-tout, ruban de masquage, pois en germination, pois non germés (secs), billes de verre, éprouvette graduée de 100 ml, 6 flacons, 6 en caoutchouc des bouchons, du coton absorbant et non absorbant, du KOH, une pipette de 5 ml, de la colle silicone, du papier, un crayon, une minuterie et 6 rondelles. Hypothèse Le respiromètre avec uniquement des pois en germination consommera la plus grande quantité d'oxygène et convertira la plus grande quantité de CO2 en K2CO3 que les respiromètres avec billes et pois secs et avec billes seules. La température des bains-marie affecte directement le taux de consommation d'oxygène par le contenu des respiromètres (plus la température est élevée, plus le taux de consommation est élevé). Température (°C) | Temps (min) | Perles seules | Pois en germination | Pois secs et perles seules | | | Lecture au temps x | Différence | Lecture au temps x | Différence | Différence corrigée | Lecture au temps x | Différence | Différence corrigée | 21°C | 0 | .9mL | 0 | .9mL | 0 | 0 | .9 | 0 | 0 |

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

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

1.Dans cette activité, vous étudiez à la fois l'effet de la germination par rapport à la non-germination et de la température chaude par rapport à la température froide sur la fréquence respiratoire. Deux hypothèses. Les pois en germination devraient consommer plus d'oxygène que les pois non en germination. Les pois qui germent à des températures chaudes devraient consommer plus d'oxygène que les pois qui germent à des températures froides. 2. Cette activité utilise un certain nombre de contrôles. Quelles conditions doivent être maintenues constantes ?. Bains-marie maintenus à température constante Le volume de KOH est le même dans chaque tube Le temps d'équilibrage est identique pour tous les respiromètres. 3.Décrire et expliquer la relation entre la quantité d'oxygène consommée et le temps ? La quantité d'oxygène consommée était la plus élevée dans la germination des pois dans l'eau chaude. La consommation d'oxygène a augmenté avec le temps dans les pois en germination. 4.

État | Afficher les calculs | Débit en mL O / minute |
Pois en germination à 10oC | 2.3-1.5=.8/5 | 0,16 ml d'O2 /minute | Pois en germination à température ambiante | 4.6-3.1/5 | .3mL d'O2 /minute | Pois secs à 10oC | (.1)/5= | .02 ml O2/minute |
Pois secs à température ambiante | (.2-0 )/5= | 0,04 mL O 2 /minute |


6. Pourquoi est-il nécessaire de corriger les lectures des pois avec les lectures des billes ? Les billes n'effectuaient aucune respiration cellulaire. Les pois l'ont fait.Les changements de pression atmosphérique pourraient avoir causé des changements dans la fréquence respiratoire et la correction des lectures a fourni les résultats les plus précis dans les conditions données. 7. Expliquer l'effet de la germination par rapport à la non-germination sur la respiration des graines de pois. La germination provoque un taux de respiration plus élevé que les pois non germés. 9. Quel est le but de KOH dans cette expérience ? KOH élimine le dioxyde de carbone formé lors de la respiration cellulaire. 10. Pourquoi le flacon devait-il être complètement scellé autour du bouchon. Le bouchon était complètement scellé pour empêcher l'eau de pénétrer dans le respiromètre. 11. Si vous avez utilisé le même schéma expérimental pour comparer les taux de respiration d'un 25g. reptile et un 25 g. mammifère à 10oC à quels résultats vous attendriez-vous ? Expliquez votre raisonnement. Le mammifère effectuerait un taux de respiration cellulaire plus élevé. C'est parce que le mammifère maintient une température constante qui est plus élevée que la température des reptiles à sang froid qui auront une température de 10 C. prédiriez-vous ? Expliquez votre raisonnement. Le taux de respiration cellulaire serait plus élevé à 21 degrés C, car la température de 10 degrés C pourrait faire chuter le plus la température corporelle globale du mammifère. 13. Expliquez pourquoi l'eau s'est déplacée dans les pipettes des respiromètres. L'eau pénétrait dans les pipettes parce que l'oxygène était consommé et ne permettait à l'eau de se déplacer que partiellement dans la pipette. 14. Concevoir une expérience pour examiner les taux de respiration cellulaire chez les pois qui ont germé pendant 0, 24, 48 et 72 heures. A quels résultats vous attendriez-vous ? Pourquoi? J'utiliserais le même format en utilisant des respiromètres pour mesurer le taux de respiration cellulaire des pois. Les pois qui avaient germé pendant 72 heures auraient un taux de respiration plus élevé car ils ont une demande énergétique plus élevée.

Conclusion:
Le laboratoire a démontré beaucoup de choses importantes concernant la respiration cellulaire. Elle a montré que les taux de respiration cellulaire sont plus élevés chez les pois germés que chez les pois non germés. Il a également montré que la température et les taux de respiration sont directement proportionnels à mesure que la température augmente, les taux de respiration augmentent également. De ce fait, les respiromètres placés dans l'eau à 10 oC affichaient un taux de respiration cellulaire inférieur à celui des respiromètres placés dans l'eau à température ambiante. Les pois non germés consommaient beaucoup moins d'oxygène que les pois germés. En effet, bien que les pois en germination et non en germination soient tous deux vivants, les pois en germination nécessitent une plus grande quantité d'oxygène pour être consommés afin que la graine continue de croître et de survivre. En laboratoire, le CO2 produit lors de la respiration cellulaire a été éliminé par l'hydroxyde de potassium (KOH) et a créé du carbonate de potassium (K2CO3). Il était nécessaire d'éliminer le dioxyde de carbone pour que la variation du volume de gaz dans le respiromètre soit directement proportionnelle à la quantité d'oxygène consommée. Le résultat était une diminution du volume de gaz à l'intérieur du tube, et une diminution connexe de la pression dans le tube. Le respiromètre avec seulement les billes de verre a servi de groupe témoin qui n'a pas subi de respiration cellulaire. De nombreuses erreurs ont pu se produire dans tout le laboratoire. La température des bains peut avoir fluctué, ce qui modifierait la température dans les flacons. Les quantités de pois, de billes, de KOH et de coton peuvent avoir varié d'un flacon à l'autre. De l'air a pu s'infiltrer dans le flacon via un bouchon qui fuit ou une pipette mal scellée. Les flacons n'ont peut-être pas été correctement équilibrés et les élèves ont pu lire les pipettes trop tôt ou trop tard. Les élèves peuvent avoir mal lu les pipettes. Le KOH a pu entrer en contact avec les parois des flacons lorsqu'il a été déposé sur le coton. Des inexactitudes mathématiques peuvent s'être produites lors du remplissage du tableau.


Laboratoire d'expérimentation

1. Quatre protéines (a, b, c et d) sont testées. Les homogénats cellulaires sont préparés et traités avec 0,1 M de KCl, 2 M de KCl, de la lipase ou du TX-100, puis centrifugés. La présence des protéines soit dans le surnageant soit dans le culot est ensuite déterminée par immunoblot. D'après les résultats, on peut voir que certaines des protéines sont récupérées dans la fraction de culot sous certaines conditions. Qu'est-ce qui les fait granuler? Que pouvez-vous présumer de chaque protéine en fonction de son comportement dans les différentes conditions ?

2. Prédisez les propriétés de la bicouche lipidique qui résulteraient si les conditions suivantes étaient vraies :
A. Les phospholipides n'avaient qu'une seule chaîne hydrocarbonée au lieu de deux.
B. Les chaînes hydrocarbonées étaient plus courtes que la normale, disons environ 10 atomes de carbone.
C. Toutes les chaînes hydrocarbonées étaient insaturées.
D. Toutes les chaînes hydrocarbonées étaient saturées.
E. La bicouche contenait un mélange de deux types de molécules lipidiques, l'une avec deux queues hydrocarbonées saturées et l'autre avec deux queues hydrocarbonées insaturées.
F. Chaque molécule lipidique était liée de manière covalente par l'atome de carbone terminal d'une de ses chaînes hydrocarbonées à une molécule lipidique dans la monocouche opposée.

3. Les médicaments ne sont souvent pas aussi spécifiques que nous l'espérions. Un exemple est la cytocholasine B. Bien qu'elle soit souvent utilisée comme inhibiteur de la motilité à base d'actine, elle inhibe également puissamment l'absorption du D-glucose dans les cellules. Lorsque des fantômes de globules rouges sont incubés avec de la 3H-cytocholasine B, puis irradiés avec de la lumière UV, la cytocholasine B devient réticulée de manière covalente avec GLUT1. En revanche, si l'expérience est réalisée en présence d'un excès de D-glucose alors la cytocholasine B n'est pas réticulée à GLUT1. Cependant, l'addition de L-glucose ne bloque pas la réticulation. Pourquoi le D-glucose, mais pas le L-glucose, empêche-t-il la réticulation ?
4. Maintenant, disons que vous voulez faire preuve de fantaisie. Vous essayez de démontrer à votre classe de biologie cellulaire un aspect important de la fonction GLUT1. Vous micro-injectez dans des cellules intactes une forme de cytocholasine B qui est imperméable aux PM. Cela remplit les cellules. Lorsque vous irradiez ces cellules dans un tampon sans glucose, la cytocholasine B n'est pas réticulée avec GLUT1. Cependant, si vous ajoutez des quantités normales de glucose à l'extérieur des cellules juste avant l'irradiation, la cytocholasine devient réticulée avec le GLUT1 comme observé pour les fantômes. Quel principe démontrez-vous et comment ?

1. Comment la sélectivité est-elle obtenue dans le mécanisme de déclenchement au niveau du pore nucléaire ? Expliquer le mécanisme.

2. Pour démontrer votre compréhension de la “force” responsable du transport nucléaire, votre idée est de réaliser l'importation d'une cargaison portant uniquement un signal d'exportation (NES) dans un essai. Aux cellules perméabilisées, vous ajoutez la protéine NES fluorescente, son récepteur d'exportation et RanQ69L-GTP, une version défectueuse par hydrolyse. Vous observez une importation dépendante de Ran ! Mais contrairement à l'accumulation de 100 % observée pour une protéine importée classique avec GTP, la concentration nucléaire maximale atteinte n'est pas supérieure à la concentration cytoplasmique. Pourquoi? Et qu'est-ce qui explique l'accumulation à 100 % des protéines conventionnelles ?

3. Que se passerait-il si Ran de type sauvage était muté en une forme qui peut se lier au GTP mais ne peut pas hydrolyser le GTP ?

4. Quelles étapes expérimentales prendriez-vous pour définir la séquence et la position exactes d'un signal d'importation nucléaire dans une protéine nucléaire que vous avez découverte ?


une. laisser passer les gaz entre la souris et la chaux sodée

b. empêcher la souris d'entrer en contact avec la chaux sodée

c. empêcher la souris d'être en contact avec les matières fécales/l'urine/les excréments

une. plus d'oxygène dans l'air inhalé que dans l'air expiré
OU
la souris utilise de l'oxygène pour respirer

b. le dioxyde de carbone exhalé / produit par la souris est absorbé par la chaux sodée

La source/la souris doit être mentionnée pour marquer le point b &ndash pas seulement &ldquosoda-lime absorbe C02& rdquo.

c. différence de volume est l'oxygène utilisé par la souris
OU
le volume/concentration/pression d'oxygène dans le bocal diminue

ré. «this» aspire le liquide coloré dans le tube

e. le volume d'oxygène consommé est égal à l'augmentation du volume d'eau colorée dans le tube

une. oxygène libéré lors de la photosynthèse

b. les plantes utilisent du dioxyde de carbone (libéré par la respiration)

c. si le dioxyde de carbone est trop faible en concentration, la photosynthèse sera éliminée/réduite

ré. entraîne une mesure inexacte/faible de l'oxygène consommé

e. effectuer une expérience dans l'obscurité pour empêcher la photosynthèse
OU
couvrir la cloche pour exclure la lumière pour empêcher la photosynthèse


Voyons comment le quotient respiratoire dépend de différentes substances respiratoires.

Le quotient respiratoire dépend du type de substrat respiratoire utilisé pendant la respiration. Différents substrats respiratoires ont des nombres différents d'atomes de carbone et d'oxygène dans leurs molécules. Ainsi, pendant la respiration, la quantité de dioxyde de carbone dégagée par gramme de poids du substrat diffère également. Les glucides ont un nombre égal de carbone et d'oxygène dans leurs molécules. Lorsque des glucides sont utilisés comme substrat, le QR sera de 1, car des quantités égales de dioxyde de carbone et d'oxygène sont dégagées et consommées.

Les graisses et les protéines contiennent un plus petit nombre d'atomes d'oxygène que d'atomes de carbone dans leurs molécules. Lorsque les graisses sont utilisées comme substrat dans la respiration, le QR est inférieur à 1 car la quantité d'oxygène utilisée est toujours supérieure à la quantité de dioxyde de carbone libéré.

Ainsi, nous pouvons étudier le taux de respiration pour différents substrats respiratoires en calculant la quantité de dioxyde de carbone dégagée par gramme de poids du substrat.


Laboratoire de respiration cellulaire typique avec un respiromètre - pourquoi l'hydroxyde de potassium (KOH) est-il nécessaire ? - La biologie

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Cours de sciences aux États-Unis pour les 8e, 9e et 10e années ou l'équivalent pour

14-16 ans étudiants en biologie

La respiration est le processus de libération de l'énergie des aliments digérés. Par conséquent, la respiration est un processus exothermique. La respiration transfère l'énergie dont la cellule a besoin pour fonctionner pleinement. « Aérobie » signifie « avec de l'oxygène » (généralement en référence à la respiration). « Anaérobie » signifie « sans oxygène » (se réfère généralement à la respiration).

Sachez et comprenez que la respiration dans les cellules peut avoir lieu de manière aérobie ou anaérobie selon les conditions et si la cellule se trouve dans un animal, une plante, un champignon ou une bactérie. Sachez et comprenez que l'énergie libérée lors de la respiration est utilisée de diverses manières. Sachez que le corps humain a besoin de réagir à la demande accrue d'énergie pendant l'exercice. Vous devriez être capable d'utiliser vos compétences, vos connaissances et votre compréhension pour interpréter les données relatives aux effets de l'exercice sur le corps humain. Savoir faire une expérience de calorimétrie simple pour mesurer le contenu énergétique d'un aliment.

Sous-index de cette page sur la respiration

Introduction à la respiration et sa signification

Ne pensez PAS que la respiration est une inspiration et une expiration.

La respiration est le processus de transfert d'énergie chimique pour alimenter la chimie de TOUTES les cellules en décomposant les sucres comme le glucose - en aérobie avec de l'oxygène ou en anaérobie sans oxygène et dans l'ensemble, le processus est exothermique - libérant de l'énergie.

La respiration anaérobie ou anaérobie est parfois appelée respiration cellulaire.

La respiration alimente toute la biochimie métabolique de tous les organismes vivants.

La chimie de la respiration est très complexe impliquant de nombreuses réactions et se déroule principalement dans le mitochondries.

Les mitochondries sont connues comme les centrales électriques de la cellule.

Ce sont des organites qui agissent comme un système digestif dans le sens où ils absorbent les nutriments, les décomposent et créent des molécules riches en énergie pour la cellule qui peuvent réagir avec l'oxygène.

La respiration se produit chez les plantes et les animaux et doit être se passe continuellement pour maintenir l'organisme en vie!

Glucose, dans les bonnes conditions, peut être complètement oxydé à dioxyde de carbone et eau.

C'est analogue à brûler un combustible dans une réaction de combustion - mais beaucoup plus lentement et sans flamme !

Il s'agit d'une réaction exothermique et formant H2O et CO2 libère le maximum d'énergie chimique.

Les organismes ne peuvent pas survivre sans l'énergie de la respiration et ce processus doit continuer en continu dans chaque cellule de tout organisme vivant.

Les cellules d'un organisme ne peuvent pas utiliser l'énergie directement, mais une molécule appelée ATP (adénosine triphosphate) est fabriqué et agit comme un réservoir d'énergie potentielle chimique secondaire.

La molécule d'ATP peut alors alimenter toute la chimie essentielle, par ex. décomposer ou synthétiser des molécules dans un organisme métabolisme (*), facilitant le transport actif, le fonctionnement des organes dont le travail des muscles. (* Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques dans un organisme)

Cellulaire global la respiration doit être exothermique, sinon il n'y aurait pas de libération nette d'énergie ! Donc, finalement, il y a un transfert net d'énergie vers l'environnement.

Une personne moyenne peut produire en moyenne une puissance de plus de 50 J/s, à peu près la même qu'une ampoule de 50 W !

Toute la chimie de la respiration est catalysée par le enzymes dans les cellules.

Les rythme respiratoire est affecté par l'environnement Température, pH des fluides cellulaires et des systèmes de transport et de la concentration par ex. sucres et oxygène.

Notez que ce sont les trois facteurs qui affectent l'efficacité des réactions contrôlées par les enzymes, y compris la respiration.

Les molécules de substrat requis pour la respiration sont généralement des sucres comme le glucose, mais les produits de la respiration dépendent de conditions, par ex. environnement oxygéné ou manque d'oxygène et si les cellules sont animales, végétales, fongiques ou bactériennes.

Outre le glucose, d'autres glucides - sucres, protéines et acides gras des lipides peuvent être consommés lors de la respiration.

Cette page compare les processus de la respiration aérobie et de la respiration anaérobie - chez les plantes/champignons et les animaux et considère les différentes conditions, substrats, produits et rendements relatifs de ATP pour les différentes situations de respiration.

Vous devez comprendre que la respiration dans les cellules peut avoir lieu tout le temps en aérobie ou en anaérobie.

Vous devez savoir et comprendre que l'énergie libérée par la respiration est utilisée de diverses manières pour maintenir la vie de tout organisme, par ex.

- construire de plus grosses molécules à partir de plus petites par exemple les protéines d'acides aminés (plantes et animaux), l'amidon de glucose (plantes), la cellulose de glucose (plantes),

- les plantes utilisent des sucres, des nitrates et d'autres nutriments pour fabriquer ses propres acides aminés sont alors constitués en protéines,

- les animaux ne peuvent pas faire cela, par ex. nous devons absorber des protéines, les décomposer en petits acides aminés et reconstruire nos protéines requises et tous ces processus ont besoin d'énergie chimique,

- chez les animaux, l'excès de protéines est décomposé en urée, un déchet excrété dans l'urine.

- graisses dans les plantes et les animaux sont fabriqués à partir de glycérol et de trois molécules d'acides gras à longue chaîne - celles-ci deviennent des réserves d'énergie ou des parties structurelles de certains tissus,

- les organismes ont besoin de l'énergie de la respiration pour la division cellulaire

- les animaux ont besoin d'énergie pour muscles pour se contracter et se détendre, par exemple pour déplacer les membres et se déplacer - c'est pourquoi les cellules musculaires ont beaucoup de mitochondries,

- chez les mammifères et les oiseaux, tout excès d'énergie thermique est utilisé pour maintenir une température corporelle constante et chaude dans un environnement plus froid (thermorégulation), nous cessons lentement de fonctionner si nous avons trop chaud ou trop froid,

- apprécier également que le corps humain a besoin de réagir à toute demande accrue d'énergie, par ex. pendant un exercice vigoureux - donc plus de glucose sera décomposé dans la respiration,

- l'énergie de la respiration est nécessaire pour aider à maintenir un environnement constant dans l'organisme, par ex. les niveaux d'eau (osmorégulation), les niveaux d'oxygène, l'élimination des déchets et pas seulement la température,

- de l'énergie est nécessaire pour transporter des matériaux (nutriments ou déchets) autour d'un organisme végétal ou animal multicellulaire - en particulier avec le transport actif où une énergie supplémentaire est nécessaire pour déplacer les molécules contre le gradient naturel de diffusion,

- les plantes ont besoin de déplacer les nutriments comme les ions minéraux du sol vers les racines et le reste de la plante, elles ont également besoin d'énergie pour d'autres fonctions comme l'ouverture et la fermeture des stomates dans les feuilles.

Tous ces exemples font partie de la chimie du métabolisme d'un organisme.

Voir Enzymes - structure et fonctions notes pour des exemples de chimie métabolique

Sources de molécules de substrat pour la respiration

Les plantes sont productrices et fabriquent leur propre glucose pour la respiration à partir de la photosynthèse.

Les animaux sont des consommateurs et doivent produire du glucose en décomposant la biomasse des organismes-aliments qu'ils mangent, par ex. décomposer les glucides comme l'amidon.

Il existe deux types de respiration - aérobique (avec beaucoup d'oxygène) et anaérobie (avec peu ou pas d'oxygène)

La respiration est un processus continu dans tous les organismes pour libérer l'énergie chimique des aliments - une réserve d'énergie chimique :

Respiration aérobie chez les animaux

Respiration aérobie Besoins les du sucre de la digestion des glucides et oxygène via l'air aspiré/absorbé par l'organisme, et des poumons transportés dans le corps par des globules rouges spécialisés dans le cas de nombreux animaux.

La respiration aérobie utilisant l'oxygène a lieu dans les cellules animales et végétales ainsi que dans de nombreux micro-organismes.

Vous avez besoin de beaucoup d'oxygène pour la respiration aérobie - des conditions oxygénées à partir d'oxygène gazeux dissous libre.

La plupart des réactions de la respiration aérobie dans eucaryotes (végétal ou animal) se déroulent à l'intérieur des structures sous-cellulaires appelées mitochondries de cellules. Les mitochondries contiennent toutes les enzymes nécessaires à la respiration.

Dans les micro-organismes comme les bactéries, des cellules procaryotes, la chimie de la respiration aérobie se produit dans le cytoplasme.

La molécule de « carburant » de départ pour la respiration est souvent la molécule de type sucre appelée glucose.

Le glucose est fabriqué en décomposant des aliments, par ex. les glucides comme l'amidon provenant ou provenant des réserves de molécules de glycogène chez les animaux. Les plantes peuvent utiliser le glucose directement issu de la photosynthèse.

La biochimie globale très complexe de la respiration aérobie peut être résumée comme suit :

glucose + oxygène ===> dioxyde de carbone + eau + énergie

C6H12O6(aq) + 6O2(g) ===> 6CO2(g) + 6H2O(l) + énergie

L'énergie est libérée à chaque étape du processus de respiration.

Les premières étapes de la respiration se produisent dans le cytoplasme des cellules, mais la plupart des transferts d'énergie chimique se produisent dans les mitochondries - les organites chimiques « d'usine ».

(Notez que la respiration aérobie est la contraire de la photosynthèse)

Le glucose est finalement complètement oxydé en déchets - dioxyde de carbone et eau - mais via de nombreuses réactions chimiques compliquées et produisant 32 molécules d'ATP par molécule de glucose !

La plupart du temps, vous utilisez ce type de respiration aérobie et l'expérience simple (illustrée à droite) montre une simple test à l'eau de chaux pour la présence de dioxyde de carbone dans l'air que vous expirez - la présence de dioxyde de carbone se manifeste par l'apparition d'un précipité blanc (« laiteux »).

La libération d'énergie réelle a lieu à travers un cycle biochimique très complexe impliquant l'ADP (adénosine diphosphate) et sa conversion en ATP (adénosine triphosphate) qui est la molécule qui fournit réellement l'énergie chimique pour alimenter la plupart de la chimie de n'importe quelle cellule.

Plus on fabrique d'ATP, plus l'apport d'énergie disponible est important.

La respiration aérobie peut produire plus de 32 molécules d'ATP par molécule de glucose.

Connaître et comprendre que les réactions chimiques à l'intérieur des cellules sont contrôlées par des enzymes.

Votre corps, et donc vos systèmes enzymatiques, répondront à ses besoins, par ex. lorsque vous utilisez des muscles pour effectuer un travail physique ou un exercice.

Connaître et comprendre au cours de la respiration aérobie (respiration utilisant de l'oxygène) des réactions chimiques qui se produisent :

produire de l'énergie utile est libérée pour « alimenter » la chimie cellulaire.

Sachez et comprenez que la respiration aérobie a lieu en continu chez les plantes et les animaux.

Sachez et comprenez que l'énergie libérée lors de la respiration est utilisée par l'organisme.

Sachez que l'énergie peut être utilisée dans les cellules :

pour construire des molécules plus grosses à partir de plus petites, par exemple des protéines à partir d'acides aminés,

chez les animaux, pour permettre aux muscles de se contracter et de se détendre, par exemple pour déplacer les membres et se déplacer,

chez les mammifères et les oiseaux, pour maintenir une température corporelle stable dans un environnement plus froid, nous cessons lentement de fonctionner si nous avons trop chaud ou trop froid.

dans les plantes, pour constituer à partir de sucres, de nitrates et d'autres nutriments, des acides aminés qui sont ensuite transformés en protéines - les animaux ne peuvent pas le faire, nous devons absorber des protéines, les décomposer et les transformer en protéines nécessaires.

Sachez et comprenez que pendant l'exercice, un certain nombre de changements se produisent dans votre corps :

plus vous utilisez vos muscles, plus vous avez besoin d'oxygène pour respirer

la fréquence cardiaque augmente, plus l'exercice est vigoureux, et encore plus d'oxygène et de glucose sont nécessaires

le rythme et la profondeur de la respiration augmentent, pour augmenter l'apport d'oxygène.

Sachez et comprenez que ces changements augmentent le flux sanguin vers les muscles et augmentent ainsi l'apport de sucre et d'oxygène pour l'énergie de la respiration et augmentent également le taux d'élimination du dioxyde de carbone - le déchet.

Sachez et comprenez que les muscles stockent le glucose sous forme de glycogène, qui peut ensuite être reconverti en glucose pour être utilisé pendant l'exercice.

Le glycogène est produit, stocké puis libéré pour être converti en glucose en fonction de l'offre et de la demande.

S'il y a un surplus de glucose et que l'activité physique est faible, plus de glycogène est produit.

Plus vous faites de l'exercice physique, plus la demande en glucose est élevée, si elle dépasse ce qui est disponible dans le sang, alors le les réserves de glycogène sont sollicitées pour combler le déficit énergétique.

Résumé des points importants sur la respiration aérobie

Être capable d'expliquer pourquoi la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire augmentent avec l'exercice.

Toutes les réactions chimiques à l'intérieur des cellules sont contrôlées par des enzymes.

Votre corps, et donc vos systèmes enzymatiques, répondront à ses besoins, par ex. lorsque vous utilisez des muscles pour effectuer un travail physique ou un exercice.

Comme indiqué, pendant la respiration aérobie (respiration qui utilise de l'oxygène), des réactions chimiques se produisent qui utilisent du glucose (un sucre) et de l'oxygène

Le sucre provient de la digestion des glucides et de l'oxygène via l'air respiré, et des poumons transportés dans le corps par des globules rouges spécialisés,

La respiration produit de l'énergie utile qui est libérée pour « alimenter » la chimie cellulaire.

Pendant l'exercice, un certain nombre de changements se produisent dans votre corps.

Plus vous utilisez vos muscles, plus vous avez besoin d'oxygène pour respirer

La fréquence cardiaque augmente, plus l'exercice est vigoureux, et encore plus d'oxygène et de glucose sont nécessaires, donc la fréquence et la profondeur de la respiration augmentent, pour augmenter l'apport en oxygène.

L'exercice aérobique régulier peut réduire votre risque de contracter certaines maladies non transmissibles.

Voir le Rester en bonne santé - notes de révision de la biologie de l'alimentation et de l'exercice

Expériences - mesurer votre pouls - une mesure simple de votre rythme respiratoire

Vous pouvez mesurer votre pouls assez facilement, par ex. placez deux doigts à l'arrière de votre poignet et chronométrez le nombre d'impulsions en une minute, par ex. avec un chronomètre numérique ou votre application iphone, etc.

Vous pouvez le faire en tant que exercice de devoirs simple!

OU en tant que exercice en classe par beau temps, ou n'importe quel jour au gymnase, et faites la moyenne des résultats de la classe en donnant un plus large éventail de personnes et un ensemble de données plus précis.

Portez des chaussures appropriées et assurez-vous que toute la classe fasse le même exercice !

Enregistrez votre pouls après faire les types d'exercices suivants pendant 5 minutes à la fois :

1. assis tranquillement 2. marchant à votre rythme normal 3. jogging lent 4. course

Pour une plus grande précision statistique (« meilleure valeur »), vous devez répéter l'expérience plusieurs fois pour obtenir quatre fréquences cardiaques moyennes.

Vous pouvez également analyser la moyenne de la classe.

Vous pouvez présenter les résultats sous la forme d'un simple graphique à barres - pouls moyen de 1 à 4.

Après avoir accordé un temps de repos supplémentaire entre chaque activité, vous devriez constater que votre pouls augmente de 1. à 4. car votre rythme respiratoire augmente et vous avez besoin d'une augmentation du taux de transfert d'oxygène vers vos cellules et d'éliminer simultanément les déchets de dioxyde de carbone. trop.

Plus vigoureux, l'exercice change augmente votre fréquence cardiaque, donc le flux sanguin vers les muscles et augmente l'apport de sucre et d'oxygène pour l'énergie de la respiration et augmente également le taux d'élimination du dioxyde de carbone - le déchet.

Votre taux de respiration (ventilation) augmente pour répondre aux exigences accrues du taux de respiration aérobie.

La respiration aérobie a lieu en continu chez les plantes et les animaux et la plupart des réactions de la respiration aérobie ont lieu à l'intérieur des mitochondries des cellules.

Chez les plantes vertes, à la lumière du jour le taux de photosynthèse dépassera celui de la respiration, mais la nuit ou à très faible luminosité, le taux de respiration dépassera celui de la photosynthèse, sinon la plante mourrait !

Au crépuscule ou à l'aube, par faible luminosité, les taux de photosynthèse et de respiration sont similaires.

Vous pouvez utiliser un exemple de plante pour montrer que l'énergie thermique est libérée dans la respiration (aérobie ou anaérobie en les organismes vivants).

Une telle expérience pour montrer que les pois ou les haricots en germination libèrent de l'énergie en utilisant la respiration aérobie est illustrée (diagramme de droite).

Un lot de pois/haricots est trempé pendant au moins 24 heures pour les faire germer - recherchez les petites pousses/germes. Un autre lot est bouilli pour tuer les enzymes qui catalysent la respiration - tuant efficacement les pois/haricots. (le « contrôle » pour un test équitable).

Chaque lot est placé dans un thermos (flacon à vide) sur du coton humide - un espace est laissé pour une alimentation en air des pois/haricots.

Un thermomètre est placé dans chaque flacon et le col scellé avec un bouchon en coton - les deux flacons doivent être conservés dans les mêmes conditions de température de laboratoire pendant une semaine.

Toute chaleur dégagée produira une élévation de température. Si vous enregistrez la température tous les jours, vous devriez constater que le flacon de pois/haricots en germination montrera une augmentation de température - due à la libération d'énergie thermique par la respiration.

Le ballon de contrôle des pois/haricots bouillis ne doit pas montrer une élévation de température.

Vous pouvez faire une expérience similaire avec les pois ou les haricots bouillis (morts) et non bouillis (germés par trempage pendant 24 heures) montrer la formation de dioxyde de carbone (respiration aérobie) en organismes vivants qui respirent). - l'expérience simple est illustrée ci-dessous en utilisant pois ou haricots en germination et pois/haricots morts.

Le dioxyde de carbone est un gaz légèrement acide. Si le dioxyde de carbone se dissout dans le rouge solution indicatrice d'hydrogénocarbonate, elle la transforme jaune. La solution indicatrice contient un sel dissous, de l'hydrogénocarbonate de sodium et un indicateur de pH coloré que vous voyez dans vos cours de chimie - le dioxyde de carbone abaisse le pH de l'eau.

Les pois/haricots sont suspendus sur une gaze ou une couche de coton au-dessus d'une solution indicatrice d'hydrogénocarbonate dans des tubes bouillants - les tubes bouillants sont scellés avec des bondes pour empêcher le dioxyde de carbone de l'air d'entrer

Vous laissez la paire de tubes bouillants pendant une heure.

À gauche : les pois/haricots en germination respirent et dégagent du dioxyde de carbone, ce qui fait jaunir la solution indicatrice.

À droite : dans le tube d'ébullition témoin, les pois/haricots morts ne peuvent pas respirer (enzymes mortes) et vous ne voyez aucun changement dans la couleur de l'indicateur car aucun dioxyde de carbone n'a été formé.

Vous pouvez faire cette expérience avec des animaux comme des cloportes ou des asticots, en utilisant des billes de verre dans le tube de contrôle - PAS d'animaux morts et les animaux vivants ne doivent pas être gardés trop longtemps pour manquer d'oxygène et mourir - points éthiques.

Vous pouvez comparer les taux de respiration de différents animaux, mais c'est une expérience assez grossière - je suppose que vous pourriez peser des masses égales de l'animal dans les tubes d'ébullition.

Respiration anaérobie chez les animaux et dette en oxygène

Lorsque vous faites des exercices vigoureux, votre corps ne peut pas fournir suffisamment d'oxygène à vos muscles pour une respiration aérobie à 100 %.

S'il y a un manque d'oxygène (« anaérobie » signifie « sans oxygène »), vous ne pouvez pas oxyder complètement le sucre du glucose, comme dans le cas de la respiration aérobie - l'équation grandement simplifiée pour la décomposition incomplète du glucose est :

glucose ===> acide lactique + énergie

C6H12O6 ===> 2C3H6O3 + énergie

(la structure de l'acide lactique est CH3CH(OH)COOH, un acide carboxylique avec un groupe alcool)

Cette réaction anaérobie n'est que partiellement décompose le glucose en acide lactique chez les animaux et certaines bactéries.

Noter

(i) Le déchet est acide lactique, pas de dioxyde de carbone et d'eau, comme dans la respiration aérobie.

(ii) Les produits sont différents chez les plantes et certains micro-organismes (voir section suivante).

Ce n'est pas aussi efficace que la respiration aérobie et considérablement moins d'ATP est formé, réduisant l'approvisionnement potentiel en énergie.

Vous ne faites que 2 molécules d'ATP par molécule de glucose (beaucoup moins que 1/10ème de l'ATP de la respiration aérobie).

MAIS, cela permet aux cellules de continuer à fonctionner s'il y a un manque d'oxygène et suffisamment d'énergie peut être libérée pour maintenir une cellule en vie!

Un processus beaucoup moins efficace de transfert d'énergie de la réserve d'énergie chimique du glucose.

La respiration anaérobie a lieu dans le cytoplasme des cellules végétales et animales et dans certains micro-organismes, par ex.

(a) Dans les cellules humaines, lorsque vous faites des exercices vigoureux, votre corps ne peut pas fournir suffisamment d'oxygène, de sorte que les cellules utilisent également la respiration anaérobie.

(b) Si les cellules des racines des plantes poussent dans un sol gorgé d'eau, il y a peu d'oxygène disponible, elles doivent donc respirer de manière aérobie.

(c) Si des cellules bactériennes pénètrent sous votre peau là où il y a peu d'oxygène, elles peuvent quand même survivre en utilisant la respiration anaérobie.

Chez les animaux, si l'activité physique est intense et prolongée, vous obtenez le 'crampes' douleurs dues à l'accumulation d'acide lactique, qui peuvent être douloureuses lorsque la respiration anaérobie se déclenche en raison du manque d'oxygène.

Avec la respiration anaérobie, vous obtenez une accumulation d'acide lactique dans les muscles car il est biochimiquement plus difficile à oxyder et à libérer de l'énergie.

Comme la respiration anaérobie produit une accumulation d'acide lactique dans les muscles, vous obtenez également un dette d'oxygène dans les muscles, ce qui peut être douloureux, par ex. vous souffrez de « crampes ».

Cependant, la respiration anaérobie a l'avantage de permettre à l'organisme de fonctionner pendant un temps limité, même si vous manquez un peu d'oxygène.!

Cela peut être important dans une situation d'urgence lorsque vous devez utiliser vos muscles plus que prévu.

Connaître et comprendre les résultats de la respiration anaérobie dans un dette d'oxygène qui doit être remboursé pour oxyder l'acide lactique en dioxyde de carbone et en eau.

Sachez et comprenez que si les muscles sont soumis à de longues périodes d'activité vigoureuse, ils se fatiguent, c'est-à-dire qu'ils cessent de se contracter efficacement.

Plus l'exercice est vigoureux, plus vous avez besoin d'énergie et vous devez augmenter votre rythme respiratoire.

Vous devez respirer à un rythme plus rapide et aspirer de plus grands volumes d'air pour l'oxygène nécessaire pour maintenir cette augmentation du rythme respiratoire.

Votre fréquence cardiaque augmente pour amener le sang oxygéné vers vos muscles et simultanément éliminer efficacement le dioxyde de carbone.

Quand ton l'exercice est vraiment vigoureux il y a pas assez d'oxygène pour la respiration aérobie ainsi votre corps réagit en utilisant la respiration anaérobie trop.

Cependant, la respiration anaérobie est pas aussi économe en énergie dans le transfert d'énergie sous forme de respiration aérobie et si l'exercice est prolongé, vous devenez fatigué.

Sachez qu'une des causes de la fatigue musculaire est la accumulation d'acide lactique dans les muscles de la respiration anaérobie, même si le sang circulant dans les muscles élimine l'acide lactique, l'oxygène est utilisé pour oxyder l'acide lactique en dioxyde de carbone et en eau.

L'exercice aérobique régulier peut réduire votre risque de contracter certaines maladies non transmissibles.

Voir le Rester en bonne santé - notes de révision de la biologie de l'alimentation et de l'exercice

En savoir plus sur la dette d'oxygène et l'accumulation d'acide lactique

Pendant un exercice vigoureux, le cœur, les poumons et les muscles des membres commencent à lutter pour suivre ce que vous voulez que votre corps veut faire (fatigue), mais vous pouvez garder vos muscles plus longtemps en utilisant respiration anaérobie, au moins jusqu'à un point de fatigue totale - comme de chanceler sur la ligne à la fin d'un marathon !

Respiration anaérobie: glucose ===> acide lactique + énergie

Malheureusement, lorsque votre corps commence à utiliser la respiration anaérobie, vous accumulez de l'acide lactique etdette d'oxygène'.

La dette d'oxygène est la quantité d'oxygène dont votre corps a besoin pour réagir avec l'accumulation d'acide lactique dans les cellules et l'éliminer par oxydation en dioxyde de carbone et en eau (comme cela se produit avec la respiration aérobie du glucose) et remplacer la réserve d'oxygène du corps dans le sang et les cellules.

Cela entraîne une fatigue musculaire et arrête de se contracter efficacement.

Cela signifie que votre corps doit être remboursé avec l'oxygène que les muscles n'ont pas reçu pour une respiration aérobie complète - vos poumons, votre fréquence cardiaque et votre circulation sanguine ne pouvaient pas répondre aux exigences de la respiration aérobie.

Le corps a une faible tolérance à l'acide lactique, qui doit être éliminé.

L'acide lactique est transporté dans le foie par le sang et soit complètement oxydé en dioxyde de carbone et en eau, soit reconverti en glucose puis en glycogène - mais cela prend du temps et a besoin d'oxygène!

Cela signifie que même lorsque vous arrêtez de faire un exercice vigoureux, vous devez continuer à respirer assez profondément pour rembourser cette dette d'oxygène, transférer l'oxygène aux cellules et oxyder l'acide lactique qu'elles contiennent en déchets inoffensifs que sont le dioxyde de carbone et l'eau.

Rembourser la dette d'oxygène peut prendre des heures et même des jours après avoir couru un marathon !

Tant que votre corps détecte des niveaux de dioxyde de carbone ou d'acide lactique supérieurs à la normale, votre fréquence respiratoire et votre pouls restera plus élevé que la normale jusqu'à ce que leurs niveaux soient ramenés à la normale, c'est-à-dire lorsque tout l'excès d'acide lactique a été oxydé en dioxyde de carbone et en eau.

Noter: Votre corps a un autre moyen de réduire les niveaux élevés d'acide lactique et de dioxyde de carbone.

Le flux sanguin à travers vos muscles transporte l'acide lactique vers le foie où il est reconverti en glucose - chimiquement la réaction opposée à la respiration anaérobie.

L'exercice aérobique régulier peut réduire votre risque de contracter certaines maladies non transmissibles.

Voir le Rester en bonne santé - alimentation et exercice notes de révision de biologie gcse

Les plantes respirent en aérobie, mais aussi anaérobie aussi.

Encore une fois, comme dans le cas des animaux, s'il y a un manque d'oxygène (« conditions anaérobies »), vous ne pouvez pas oxyder complètement le sucre du glucose, comme dans le cas de la respiration aérobie, mais dans les plantes et les cellules de levure, le produit n'est pas acide lactique, mais éthanol (« alcool ») et le dioxyde de carbone !

L'éthanol (« alcool ») est un sous-produit du processus de respiration.

C'est ainsi que sont fabriquées les boissons à base d'alcool - levure + liquide sucré ==> respiration anaérobie !

La respiration anaérobie se produit dans le cytoplasme de cellules.

Encore une fois, c'est pas aussi efficace que la respiration aérobie et moins d'ATP est formé, réduisant l'approvisionnement potentiel en énergie.

Remarques: La fermentation chez les bactéries produit de l'acide lactique, tout comme la respiration anaérobie chez les animaux.

La fermentation à l'aide de levure est largement utilisée dans l'industrie alimentaire et des boissons.

La levure est utilisée dans les produits de boulangerie comme le pain, où l'évolution du dioxyde de carbone donne l'action « montante ».

La fermentation à la levure du sucre est utilisée pour fabriquer des boissons alcoolisées comme des bières et des vins.

La réaction de fermentation rend l'« alcool » (éthanol, C2H5OH) et le dioxyde de carbone dissous produit le « pétillement » ou la « mousse ».

La bière est brassée en mélangeant de l'orge maltée et du houblon avec de la levure dans de grandes cuves.

Les cellules de levure se divisent rapidement et consomment tout l'oxygène présent et elles ont recours à la respiration anaérobie.

en d'autres termes, les cellules de levure peuvent passer de la respiration aérobie à la respiration anaérobie en fonction des conditions.

la respiration anaérobie dans les cellules de levure et d'autres micro-organismes est appelée fermentation.

Dans certaines conditions, les plantes doivent passer de la respiration aérobie à la respiration anaérobie

Ainsi, certaines cellules végétales peuvent utiliser la fermentation « alcoolique » pour produire et libérer de l'énergie chimique pour alimenter tous les processus cellulaires nécessaires.

par exemple. circonstances où il y a peu d'oxygène dans l'environnement immédiat.

Sous la terre, cellules racinaires respirer de manière anaérobie, si les plantes poussent dans des conditions de sol saturé d'eau.

Le riz est cultivé dans des zones inondées appelées rizières et il y a peu d'oxygène dans le sol gorgé d'eau.

Les cellules de racine de riz peuvent respirer en utilisant la respiration anaérobie, mais les produits sont l'éthanol et le dioxyde de carbone.

glucose ===> éthanol ('alcool') + dioxyde de carbone + énergie

Mais, l'éthanol est un produit chimique toxique, donc les cellules des racines de riz doivent y avoir une tolérance élevée pour que les plants de riz poussent et mûrissent.

Plantes qui poussent dans les marais où le sol détrempé et l'eau contiennent peu d'oxygène.

Les grains de pollen peuvent également utiliser la respiration anaérobie pour maintenir les fonctions de ses cellules et se développer en une jeune plante saine.

Une comparaison de la respiration aérobie et de la respiration anaérobie chez les plantes et les animaux

Chez les organismes procaryotes, la respiration aérobie a lieu dans le cytoplasme.

Chez les organismes eucaryotes, la respiration aérobie a lieu dans les mitochondries des cellules.

La respiration anaérobie a lieu dans le cytoplasme des cellules végétales, des cellules animales et de certains micro-organismes.

Similitudes et différences Aérobique respiration Anaérobie respiration
Conditions O oxygène nécessaire, on peut faire de l'exercice normalement ! Peu d'oxygène présent en raison, par ex. exercice vigoureux chez un animal ou des organismes dans des sols gorgés d'eau.
Substrat contributions Glucose ou tout autre sucre ou toute molécule organique comme une molécule d'acide gras ou de protéine qui peut être complètement oxydée. Glucose ou tout autre sucre ou toute molécule organique comme une molécule d'acide gras ou de protéine qui peut être partiellement oxydée.
Produit les sorties Dioxyde de carbone et eau. Chez les animaux et certaines bactéries, il est acide lactique. Dans les plantes et certains micro-organismes comme la levure, les produits sont éthanol et dioxyde de carbone.
Rendement en ATP Haute par exemple. 30 à 38 molécules d'ATP par molécule de glucose. Meugler par exemple. 2 molécules d'ATP par molécule de glucose (15-19 x moins qu'avec la respiration aérobie).

Expérience pour étudier le taux de respiration anaérobie de la levure

Vous pouvez étudier le taux de respiration anaérobie des cellules de levure en utilisant un substrat de sucre.

Étude de la chimie de la respiration anaérobie des cellules de levure

Si vous commencez avec du saccharose, l'enzyme invertase hydrolyse le saccharose et le décompose en glucose et fructose.

saccharose + eau == enzyme invertase ==> glucose + fructose

C12H22O11 + H2O ===> C6H12O6 + C6H12O6

La réaction de fermentation anaérobie réelle est .

glucose/fructose (sucre) == enzyme zymase ==> éthanol + dioxyde de carbone

Vous pouvez suivre la vitesse de la réaction en mesurant le volume de dioxyde de carbone formé.

Procédure expérimentale et analyse des résultats

En utilisant un bain thermostaté, vous pouvez étudier l'effet de la température sur la fermentation.

Vous devez maintenir la concentration du mélange sucre plus levure constante - volumes fixes de solutions mères préalablement préparées de la suspension de sucre ou de levure.

Vous pouvez commencer à 20 o C et répéter les expériences plusieurs fois pour chaque température, puis augmenter la température de 5 o C à la fois pour voir l'effet.

Vous pouvez mesurer le taux de respiration en termes de taux de dégagement de gaz, par ex. cm 3 CO2/min.

En utilisant l'appareil ci-dessus, ou celui décrit ci-dessous (seringue à gaz), vous pouvez mesurer le taux de respiration avec différents substrats ET, pour un substrat fixe, l'effet de changer sa concentration à température constante et concentration en enzyme constante.

Si vous faites barboter le gaz du mélange réactionnel à travers un eau citronnée vous obtenez un précipité blanc (« laitance »), un test positif pour le dioxyde de carbone de la respiration anaérobie de la levure.

Vous obtenez exactement le même résultat si vous soufflez une partie de votre haleine dans de l'eau de chaux - le même dioxyde de carbone provenant de votre respiration aérobie.

Vous pouvez utiliser un système de seringue à gaz pour faire des expériences plus précises.

En faisant les expériences à température ambiante constante, vous pouvez maintenir la concentration en levure constante et faire varier la concentration en sucre OU vous pouvez faire varier le sucre substrat (mais en gardant la concentration en sucre constante).

Résultats graphiques typiques que vous pourriez obtenir sur la base d'un taux du dégagement de dioxyde de carbone, par ex. cm 3 CO2/minute.

Une expérience pour mesurer le taux de respiration aérobie des cloportes à l'aide d'un respiromètre

Ceci décrit comment enquêter sur le rythme respiratoire de petits organismes comme les cloportes en mesurant leur taux d'absorption d'oxygène qui est utilisé dans le métabolisme des organismes.

UNE respiromètre est un appareil conçu pour mesurer le taux de consommation d'oxygène par un organisme vivant.

Les taux d'appauvrissement en oxygène dans l'air, par ex. cm 3 /min par volume de gaz ou mm/min sur une certaine échelle est pris comme un mesure du rythme respiratoire.

Vous pouvez également utiliser des pois en germination ou des haricots en germination pour étudier l'effet de la température sur la vitesse de leur respiration.

Les graines en germination ont besoin de respirer pour leur fournir de l'énergie pour grandir et se développer en la plante.

Le montage expérimental - un système de respiromètre

Un tube d'ébullition est installé dans un bain-marie thermostaté pour contrôler la température de l'expérience - vous devez utiliser un thermomètre pour surveiller avec précision la température de l'eau. Une seringue contenant de l'air et un manomètre sont connectés via un tube en verre à travers un bouchon en caoutchouc au tube d'ébullition. Avec la chaux sodée, cette configuration est appelée un respiromètre.

Un manomètre est un appareil pour mesurer les pressions. Un manomètre simple commun se compose d'un tube de verre en forme de U rempli d'un peu de liquide - dans ce cas, de l'eau colorée PAS de mercure toxique ! Une règle graduée est placée entre les bras du tube en U afin que la différence de hauteur du liquide puisse être mesurée dans les deux bras.

La seringue est utilisée pour régler le niveau du liquide dans le manomètre et rafraîchir l'air entre les expériences.

Au fond du tube bouillant chaux sodée les granulés sont placés absorber le dioxyde de carbone émis par les cloportes qui respirent. Au-dessus de la chaux sodée se trouve un coton pour éviter le contact avec les cloportes - ils seraient endommagés par la chaux sodée fortement alcaline - un point éthique lors de l'utilisation d'animaux vivants dans les expériences.

Les cloportes vivants sont soigneusement placés sur le coton et le reste de l'appareil du respiromètre est soigneusement assemblé de manière à ce que le tube bouillant soit vertical dans le bain-marie.

Notes expérimentales

Note 1: La réduction de volume montre qu'un gaz est retiré de l'air et que ce gaz est de l'oxygène. Il n'y aurait pas de changement de volume sans la chaux sodée - le volume de CO2 formé serait égal au volume de O2 utilisé. Mais, puisque la chaux sodée élimine le dioxyde de carbone émis par la respiration de l'organisme, il n'y a aucune confusion que la réduction du volume de gaz est due à l'absorption d'oxygène par la respiration et le liquide dans le manomètre se déplace vers l'organisme qui respire dans le tube à essai.

Note 2: La branche droite du manomètre peut être connectée à une 2ème éprouvette témoin montée de la même manière que l'éprouvette des organismes respiratoires. Ce tube à essai est connecté au manomètre et un robinet est installé à la place de la seringue. Un tube à essai de contrôle permet de vérifier que le mouvement du fluide dans le manomètre est seul causée par la respiration de l'organisme.

Note 3: Au lieu de granulés de chaux sodée, vous pouvez utiliser du coton imbibé d'une solution concentrée d'un alcali, par ex. hydroxyde de sodium ou hydroxyde de potassium.

Procédure d'enquête

(a) Le bain-marie et le tube d'ébullition sans cloportes dans le tube d'ébullition sont laissés pendant une courte période jusqu'à ce que la température du bain-marie se soit stabilisée à la température de départ souhaitée, par ex. 20°C.

(b) Les cloportes sont ensuite rapidement placés dans le tube d'ébullition, connectez le tout comme indiqué sur le schéma.

(c) La seringue est utilisée pour égaliser les niveaux de liquide dans le manomètre, de préférence à zéro différence de hauteur (R1 = 0).

R1 n'a pas besoin d'être à zéro tant que vous lisez attentivement et enregistrez les lectures dans les deux branches du manomètre au début et à la fin de l'expérience de respiration.

(d) Laissez les cloportes respirer pendant un temps déterminé.

Au fur et à mesure qu'ils respirent et consomment de l'oxygène, du dioxyde de carbone est produit, qui est absorbé par la chaux sodée, diminuant le volume d'air.

(e) Au fur et à mesure que le volume d'air diminue, il réduit la pression dans le tube d'ébullition contenant l'organisme respirant, donc, pour maintenir la constant pression externe (« test équitable »), le liquide remonte la branche gauche du manomètre à tube en U.

(f) Après un temps défini, vous lisez les deux niveaux pour déterminer R2 (lecture à gauche - lecture à droite dans le tube en U).

La distance totale parcourue par le liquide = la différence entre les deux lectures, R2 - R1, et cela vous donne une mesure relative du taux de respiration.

(Techniquement, cela n'a pas d'importance si R1 n'est pas zéro au début, tant que vous soustrayez la lecture différentielle initiale R1 de R2, vous obtenez le changement numérique réel souhaité.)

(g) Vous répétez ensuite (a) à (f) avec les mêmes cloportes, à des températures plus élevées allant de 5 o à la fois jusqu'à 50 o C.

Vous devez reconstituer l'air dans le tube à essai et déplacer le liquide du manomètre vers le bas et loin du tube à essai.

Plus le taux de mouvement du liquide coloré dans le thermomètre est élevé, plus le taux de respiration est élevé

Autres notes expérimentales:

Théoriquement, étant donné que la seringue est également calibrée, le « piston » de la seringue peut être enfoncé avec précaution pour ramener les niveaux de liquide du manomètre à leurs lectures d'origine.

Le volume d'oxygène utilisé = volume final de la seringue - volume initial de la seringue (par exemple en cm 3 ).

Cela vous permet de calculer le taux de respiration des cloportes dans cm 3 /min.

OU, vous pouvez simplement utiliser les lectures du niveau du manomètre comme mesure relative de la respiration, par ex. mm/min.

Les cloportes ne doivent pas être utilisés à des températures suffisamment élevées pour qu'ils meurent.

Les cloportes ne doivent pas rester trop longtemps dans le respiromètre pour qu'ils manquent d'oxygène et meurent.

Après l'expérience, ils devraient être relâchés dans leur habitat naturel extérieur.

Les cloportes doivent être autorisés à entrer en contact avec la chaux sodée ou tout autre produit chimique nocif utilisé pour absorber le dioxyde de carbone.

Résultats, analyse et conclusions

Comme décrit ci-dessus, le le taux relatif de respiration est mesuré comme le taux de consommation d'oxygène en mm/min ou en cm 3 /min.

À partir de votre tableau de résultats, vous pouvez tracer un graphique du taux de respiration en fonction de la température.

Vous devriez trouver dans un premier temps les taux augmentent, passent par un optimum à

35-40 o C puis diminue. régulièrement à mesure que la température augmente.

C'est typique du comportement des réactions enzymatiques contrôlées - qui comprend la chimie métabolique de la respiration.

Initialement, comme pour toute réaction chimique, la vitesse augmente avec l'augmentation de la température.

Cependant, à mesure que la température augmente, les enzymes se dénaturent et le taux de respiration diminue et l'organisme est endommagé.

Ce n'est pas acceptable - contraire à l'éthique, vous ne devez donc pas augmenter la température trop haut et obtenir uniquement la première moitié du graphique ci-dessus.

Cependant, il n'y a aucune raison pour que vous ne puissiez pas faire des expériences à plus haute température avec des graines qui respirent et voir si vous pouvez obtenir une image graphique complète des taux de respiration en fonction de la température.

Vos travaux pratiques pour développer vos compétences et votre compréhension peuvent avoir inclus les éléments suivants :

Enquêter sur le taux de respiration chez la levure à l'aide de capteurs de dioxyde de carbone et d'enregistreurs de données (voir ci-dessus).

Enquêter sur l'effet de l'exercice sur la fréquence du pouls, soit physiquement, soit à l'aide de capteurs de pouls et d'enregistreurs de données,

La fréquence respiratoire peut être mesurée en comptant vos respirations par minute.

Votre fréquence cardiaque peut être mesurée en prenant votre pouls (fréquence cardiaque en battements/minute)

Vous pouvez mesurer votre rythme respiratoire et votre pouls normaux et stables.

Ensuite, faites un exercice vigoureux pour un, par ex. 5 minutes.

Ensuite, reposez-vous et re-mesurez votre fréquence respiratoire et votre pouls à intervalles de temps réguliers pendant 10 ou 15 minutes.

Cela vous permet de voir votre corps revenir lentement à la « normale ».

Vous devriez voir une augmentation spectaculaire de votre fréquence respiratoire et de votre pouls après avoir fait un exercice vigoureux.

Vous pouvez comparer la position assise, la marche légère, le jogging et la course, la tendance numérique résultante de la respiration/du pouls devrait à peu près comme prévu, mais notez qu'après une course très vigoureuse, la dette d'oxygène peut commencer et peut prendre un certain temps pour votre respiration /fréquences de pouls pour revenir à la normale.

Enquêter sur le lien entre l'exercice et la fréquence respiratoire avec un capteur de respiration,

Enquêter sur le maintien des masses à bout de bras et chronométrer le temps qu'il faut aux muscles pour se fatiguer,

Concevoir une enquête utilisant des dynamomètres et des enregistreurs de données pour trouver la relation entre la quantité de force exercée par un muscle et la fatigue musculaire.

Expérience simple pour mesurer la libération d'énergie sur les aliments brûlants comme les graisses

Les aliments tels que les graisses animales, les huiles végétales et les glucides comme le glucose et l'amidon sont des réserves d'énergie chimique concentrées.

Ils sont métabolisés dans le corps pour alimenter toute la chimie d'une cellule et fournir de l'énergie thermique aux créatures à sang chaud comme nous !

Voir aussi les notes de biologie du GCSE sur les tests alimentaires.

Vous faites une combustion contrôlée d'un morceau de nourriture pour avoir une idée de la quantité d'énergie chimique qu'il contient en convertissant.

Un peu de calorimétrie alimentaire brûlante (montage expérimental illustré à droite).

Portez des lunettes de protection et faites attention près des flammes.

Ajouter exactement 20 cm 3 d'eau dans un tube bouillant en pyrex (mieux qu'un tube à essai étroit).

Le tube d'ébullition est fixé au-dessus de la paillasse du laboratoire dans une position inclinée.

Un thermomètre 0-100 o C est soigneusement placé dans l'eau.

Vous pouvez utiliser n'importe quel aliment séché, par ex. haricots, pain, noix ou pâtes et un morceau pesé de celui-ci est embroché sur l'extrémité d'une aiguille montée.

L'eau est agitée doucement avec le thermomètre et le température initiale enregistré.

Le morceau de nourriture est enflammé avec une flamme de bec Bunsen puis maintenu avec un bâton stable sous le fond du tube d'ébullition.

Si la flamme s'éteint, rallumez les aliments en répétant cette opération jusqu'à ce qu'ils aient tout brûlé (ou que les résidus ne brûlent plus).

Lorsque tous les aliments ont brûlé, remuez doucement l'eau avec le thermomètre et notez la température finale plus élevée.

Calcul du contenu énergétique

La chaleur dégagée = masse d'eau (g) ​​x changement de température ( o C) x capacité calorifique spécifique de l'eau.

par exemple. 0,75 g de noix a été brûlée autant que possible.

Les températures initiales et finales étaient de 21 o C et 43 o C. Augmentation de la température = 43 - 21 = 22°C.

20 cm 3 d'eau est 20 grammes (densité = 1,0 g/cm 3 ).

La capacité thermique spécifique de l'eau est de 4,18 J/kg o C. (voir les notes de physique du GCSE pour en savoir plus sur la capacité thermique spécifique)

Donc chaleur dégagée = 20 x 22 x 4,18 = 1839 J

Le résultat peut alors être exprimé en termes de contenu énergétique par unité de masse d'aliment, par ex. J/g.

2500 J/g (2 pi²) ou 2,5 kJ/g ou 2500 kJ/kg

Tu peux penser à ça Valeur calorifique comme mesure de densité d'énergie .

Cette expérience n'est PAS très précise du tout, mais elle donne une estimation approximative du contenu énergétique d'un aliment.

(i) La chaleur est continuellement perdue du tube d'ébullition qui n'est pas isolé.

(ii) Encore plus de chaleur est perdue par la chaleur convection des gaz de flamme s'élevant au-delà du tube bouillant, parce que vous ne peut pas collecter toute l'énergie thermique des gaz chauds de la flamme.

(iii) Vous ne pouvez pas brûler chaque morceau de nourriture, il y a toujours un résidu carbonisé brûlé.

(iv) La flamme jaunâtre a tendance à être fuligineux, donc tout le carbone n'est pas oxydé en dioxyde de carbone.

Pour les valeurs calorifiques commerciales, les scientifiques utilisent un calorimètre scellé et bien isolé, sans perte de chaleur, vous obtenez des valeurs très précises du contenu énergétique. L'instrument s'appelle un calorimètre à bombe et de l'oxygène pur est utilisé - kapow !.

Répétez l'opération avec différents aliments, mais gardez le même volume d'eau froide de démarrage.

Répétez le calcul et comparez les valeurs calorifiques et les densités énergétiques des différents aliments.

Vous pouvez également rechercher la structure moléculaire de certaines molécules dans l'aliment, par ex.

le diagramme ci-dessus montre une section d'une molécule d'huile végétale (un acide gras à longue chaîne), et comme vous pouvez le voir, il y a beaucoup d'atomes de carbone et d'hydrogène à oxyder respectivement en dioxyde de carbone et en eau.

Les molécules de graisse ont une densité énergétique plus élevée que les glucides car ces derniers contiennent une plus grande proportion d'atomes d'oxygène - donc une plus grande proportion d'atomes de carbone est partiellement oxydée, donc moins d'énergie peut être libérée lors de la combustion ou par la chimie métabolique dans le corps.

Objectifs d'apprentissage typiques pour la respiration

Sachez que la respiration est un processus utilisé par tous les organismes vivants qui libère de l'énergie dans les molécules organiques.

Les molécules organiques utilisées dans la respiration sont généralement des sucres.

La respiration continue dans toutes les cellules vivantes

L'énergie peut être utilisée dans les cellules :

pour construire des molécules plus grosses à partir de plus petites, par exemple des protéines à partir d'acides aminés,

chez les animaux, pour permettre aux muscles de se contracter et de se détendre, par exemple pour déplacer les membres et se déplacer,

chez les mammifères et les oiseaux, pour maintenir une température corporelle stable dans un environnement plus froid, nous cessons lentement de fonctionner si nous avons trop chaud ou trop froid.

dans les plantes, pour constituer à partir de sucres, de nitrates et d'autres nutriments, des acides aminés qui sont ensuite transformés en protéines - les animaux ne peuvent pas le faire, nous devons absorber des protéines, les décomposer et les transformer en protéines nécessaires, tout cela a besoin d'énergie.

Être capable d'expliquer comment le système circulatoire humain facilite la respiration, notamment :

(a) le glucose et l'oxygène diffusent des capillaires dans les cellules respiratoires

(b) le dioxyde de carbone diffuse des cellules respiratoires dans les capillaires.

Le système circulatoire transporte tout le glucose, l'oxygène, les déchets de dioxyde de carbone (et tout le reste) dans tout le corps via la circulation sanguine.

Le glucose provient de la dégradation digestive des aliments comme les glucides.

En inspirant, nous obtenons de l'oxygène de l'air et le dioxyde de carbone résiduel est expulsé lorsque nous expirons.

Toutes les cellules se trouvent à proximité des capillaires sanguins minces qui amènent le glucose (provenant de l'intestin) et l'oxygène (provenant des poumons), qui diffusent dans les cellules, et le dioxyde de carbone résiduel diffuse pour être transporté vers les poumons.

Sachez que la respiration est un processus utilisé par tous les organismes vivants qui libère de l'énergie dans les molécules organiques.

Les molécules organiques utilisées dans la respiration sont généralement des sucres.

La respiration continue dans toutes les cellules vivantes

L'énergie peut être utilisée dans les cellules :

pour construire des molécules plus grosses à partir de plus petites, par exemple des protéines à partir d'acides aminés,

chez les animaux, pour permettre aux muscles de se contracter et de se détendre, par exemple pour déplacer les membres et se déplacer,

chez les mammifères et les oiseaux, pour maintenir une température corporelle stable dans un environnement plus froid, nous cessons lentement de fonctionner si nous avons trop chaud ou trop froid.

dans les plantes, pour constituer à partir de sucres, de nitrates et d'autres nutriments, des acides aminés qui sont ensuite transformés en protéines - les animaux ne peuvent pas le faire, nous devons absorber des protéines, les décomposer et les transformer en protéines nécessaires, tout cela a besoin d'énergie.

Être capable d'expliquer comment le système circulatoire humain facilite la respiration, y compris

(a) le glucose et l'oxygène diffusent des capillaires dans les cellules respiratoires

(b) le dioxyde de carbone diffuse des cellules respiratoires dans les capillaires.

Le système circulatoire transporte tout le glucose, l'oxygène, les déchets de dioxyde de carbone (et tout le reste) dans tout le corps via la circulation sanguine.

Le glucose provient de la dégradation digestive des aliments comme les glucides.

En inspirant, nous obtenons de l'oxygène de l'air et le dioxyde de carbone résiduel est expulsé lorsque nous expirons.

Toutes les cellules se trouvent à proximité des capillaires sanguins minces qui amènent le glucose (provenant de l'intestin) et l'oxygène (provenant des poumons), qui diffusent dans les cellules, et le dioxyde de carbone résiduel diffuse pour être transporté vers les poumons.

Être capable de définir la diffusion comme le mouvement des particules d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration.

Sachez appliquer cette idée au processus de la respiration.

Les fines membranes cellulaires permettent la diffusion de petites molécules dans et hors des cellules.

Comme les capillaires sont fins et nombreux, la distance de diffusion des cellules est courte, de sorte que le transfert des nutriments à l'intérieur et des déchets à l'extérieur est aussi efficace que possible.

Au fur et à mesure que les cellules respirent, elles consomment de l'oxygène/glucose, de sorte que leur concentration diminue dans la cellule. Par conséquent, les concentrations externes (par exemple dans les capillaires) sont plus élevées, donc plus d'oxygène/glucose diffusera dans la cellule.

Dans le même temps, la concentration des déchets de dioxyde de carbone s'accumule dans la cellule, et ainsi le dioxyde de carbone se diffusera naturellement hors de la cellule vers la région de concentration inférieure dans les capillaires.

Index des notes de biologie cellulaire (pour toutes les pages pertinentes sur la biologie du GCSE)

et Rester en bonne santé - alimentation et exercice notes de révision de biologie gcse


Enquête sur la respiration des asticots

Objectif : Le but de mon enquête est de voir comment le taux de respiration de certains asticots diffère entre la température ambiante et d'autres températures, en termes de volume d'oxygène produit.

Prédiction simple

Je prédis qu'à mesure que j'élève la température des asticots, le taux de respiration augmentera. Je pense cela parce que la respiration est un processus de réactions dépendant des enzymes. L'augmentation de la température donnera aux enzymes et aux substrats plus d'énergie cinétique et augmentera donc le taux de respiration.

Ceci est expliqué plus en détail plus loin.

Méthode

  1. À l'aide d'une seringue remplie de liquide de manomètre, je remplirai à moitié un manomètre.
  2. Je vais ensuite attacher un robinet à 3 voies à l'un des tubes d'administration de la bonde et à ce robinet, je vais attacher une seringue.
  3. Ensuite, je mettrai 2g de chaux sodée au fond de chacun des deux tubes d'ébullition, puis je placerai une gaze dans chacun, qui reposera légèrement au-dessus de la chaux sodée.

Essai juste

Pour m'assurer que l'expérience est juste, je peux faire beaucoup de choses. Tout d'abord, je dois m'assurer qu'aucun asticot n'entre en contact avec la chaux sodée, car cela leur est nocif et peut affecter leur respiration. En plus de cela, je dois m'assurer que lorsque je mets les asticots dans un bain-marie, je m'assure que les asticots sont enfermés dans l'eau et non au-dessus. Cela garantira que les asticots sont tous à la même température. Je m'assurerai également de lire la position du fluide du manomètre au niveau des yeux, pour éviter une lecture inexacte de la position du fluide.

Bouchons (attachés à 2 tubes de livraison)

Tube en U capillaire (manomètre)

Il existe de nombreux appareils que j'ai décidé d'utiliser plutôt que d'autres, et c'est parce que la précision de l'équipement est beaucoup plus grande. Vous trouverez ci-dessous plusieurs raisons pour lesquelles j'ai décidé d'utiliser certains appareils plutôt que d'autres, ainsi que les raisons pour lesquelles j'utilise certains des appareils que j'ai énumérés ci-dessus.

J'ai décidé d'utiliser un bain-marie au lieu d'un bec Bunsen, car il y a une plus petite fluctuation de température. L'utilisation d'un bec Bunsen pour maintenir une température est très difficile et également imprécise. Cependant, un bain-marie peut maintenir la température à un niveau de précision beaucoup plus élevé. Cela garantira que l'expérience est équitable tout au long, en termes de température des asticots. Une fluctuation de température signifierait que les enzymes et les substrats ont des niveaux variables d'énergie cinétique, ce qui rendrait l'expérience inexacte.

– Échelles de mesure précises

Dans mon expérience, j'utilise des échelles de mesure qui mesurent au 100e de gramme. C'est parce que le taux de respiration dépend de la masse des asticots, je dois donc connaître la masse exacte des asticots. Je pourrai alors calculer le volume d'oxygène produit par minute par gramme.

Le pourcentage d'erreur de tout appareil est calculé par

Le moyen de réduire le pourcentage d'erreur pourrait être fait en effectuant une lecture plus grande, c'est-à-dire qu'au lieu d'utiliser 1 g d'asticots, utilisez 10 g. Cela vous donnerait donc un pourcentage d'erreur plus faible. Alternativement, pour réduire le pourcentage d'erreur, je dois utiliser un appareil avec une marge d'erreur plus petite. L'utilisation d'une échelle de mesure, qui mesure à 2 décimales d'un gramme serait adéquate, mais si une échelle de mesure plus précise pouvait être utilisée, cela rendrait mon expérience encore plus précise.

Cela est nécessaire pour que je puisse calculer le taux d'absorption d'oxygène. Le simple fait d'enregistrer le volume d'oxygène produit me permettrait seulement de voir que les asticots respirent, ce qui n'est pas très utile.

J'utilise une seringue de 1 cm3 car elle est nécessaire pour mettre le liquide du manomètre dans le manomètre. La raison de l'utilisation d'une seringue de 1 cm3 par opposition à une seringue de 10 cm3 est qu'elle a une marge d'erreur plus petite et la rend donc plus précise à utiliser.

J'utilise un thermomètre pour m'assurer que la température du bain-marie reste constante tout au long. S'il fluctue, je peux expliquer tout changement dans le taux de respiration.

Les asticots ont le sang froid et ne peuvent donc pas réguler leur température corporelle comme les mammifères. S'ils sont placés dans un bain-marie à 40 degrés Celsius, ils resteront à cette température. Pour cette raison, les asticots sont utilisés pour déterminer comment le taux de respiration est affecté par la température.

– Tube en U capillaire (manomètre)

Il existe différentes configurations pour mesurer la consommation d'oxygène de tout organisme. Beaucoup de ces installations sont des tubes à ébullition ou un tube à essai connecté à une balance. L'air est alors aspiré de l'environnement et la bulle se déplace vers les invertébrés dans le tube d'ébullition. Cette configuration est illustrée ci-dessous.

Cependant le problème se pose lorsque ce montage est utilisé lorsque les invertébrés sont placés dans un bain-marie. L'air à l'intérieur du tube d'ébullition va chauffer et donc se dilater. L'air aspiré de l'extérieur pour pousser la bulle est à une pression plus faible. En conséquence, l'air à l'intérieur du tube d'ébullition exercera une force sur la bulle et la poussera vers l'extérieur et loin des invertébrés. Cela ne donnera donc pas une indication précise du volume d'oxygène produit, car la bulle ne se déplacera pas aussi loin qu'elle le devrait. Cela peut être vu dans le schéma ci-dessous.

L'utilisation d'un appareil à système fermé de mesure de la consommation d'oxygène peut éliminer ce problème. C'est le cas du manomètre, qui est relié à un tube de commande. Lorsque les invertébrés sont placés dans un bain-marie, les deux tubes sont à la même température, et donc à la même pression. Par conséquent, le fluide du manomètre ne s'éloignera pas des invertébrés, car il existe une force égale pour s'opposer à cette augmentation de pression. En conséquence, la consommation réelle d'oxygène peut être mesurée. Pour cette raison, j'ai décidé d'utiliser un manomètre pour mesurer le taux de consommation d'oxygène.

La raison de l'utilisation de la chaux sodée est que tout dioxyde de carbone est absorbé. Lorsque les asticots respirent, ils produisent du dioxyde de carbone. Si la chaux sodée n'était pas présente, le fluide du manomètre dans le manomètre ne bougerait pas, car le volume de gaz ne change pas. Lorsque de la chaux sodée est placée dans les tubes, le dioxyde de carbone dégagé par les asticots lors de la respiration sera absorbé. Au fur et à mesure que l'oxygène est utilisé, le volume dans le tube va diminuer et cela va pousser le fluide du manomètre vers le tube contenant les invertébrés.

Vous trouverez ci-dessous un schéma montrant comment j'ai l'intention de configurer l'appareil.

Il existe de nombreuses variables qui affectent le rythme ou la respiration, je dois donc en tenir compte lorsque je fais mes expériences. Ces variables sont détaillées ci-dessous.

– Température - La respiration implique des enzymes. Le glucose est une molécule assez stable, donc a une énergie d'activation assez élevée. Ceci doit être surmonté avant que le glucose ne puisse être oxydé, donc des enzymes sont utilisées pour abaisser ce niveau d'énergie. Par conséquent, les asticots doivent rester à une température connue afin que le rythme respiratoire soit constant. Comme la température est une variable dans mon expérience, je dois m'assurer que la température des asticots reste constante tout au long des expériences. Je vais faire varier la température de 10 degrés Celsius à 60 degrés Celsius par intervalles de 10*c.

– Masse d'asticots - Il est clair que plus d'asticots signifie plus de respiration, et donc plus d'oxygène est consommé. Je dois donc garder la masse des asticots constante.

– Formes de respiration- Il existe deux formes de respiration : aérobie et anaérobie. Dans mes expériences, je m'appuie sur le fait que les asticots consommeront de l'air, donc respirer de manière aérobie, ce qui entraînera la poussée de la bulle vers les asticots. Si parfois ils respirent sans oxygène, c'est-à-dire respiration anaérobie, le taux d'absorption d'oxygène sera affecté et donnera des résultats inexacts. Je dois donc garder cela à l'esprit lors de la réalisation de mes expériences.

– Concentration d'enzymes/substrats - La respiration est un processus dépendant des enzymes et, par conséquent, la concentration d'enzymes et de substrats doit être maintenue constante. Ce n'est pas quelque chose que je pourrai contrôler dans mon expérience, sauf en gardant la masse des asticots constante. Je dois donc garder cela à l'esprit lorsque je mène mon enquête.

– Cycle de vie - Comme tout autre organisme vivant, les asticots font partie d'un cycle de vie. Ce cycle est illustré ci-dessous.

Larve de mouche ailée adulte (asticot)

Au fur et à mesure que l'asticot vieillit et progresse dans son cycle de vie, il devient un organisme plus spécialisé. Une mouche est une étape beaucoup plus complexe de l'organisme que l'asticot et respire donc plus rapidement. Bien qu'il soit facile de voir les différences entre une mouche et un asticot, je dois tenir compte de l'augmentation de l'âge de l'asticot au cours des 2 semaines de mon enquête. Je dois donc également en tenir compte dans le cadre de mon enquête.

Il y a plusieurs mesures que je dois prendre lors de la réalisation de l'expérience.

– Je devrai enregistrer la position initiale du fluide du manomètre et la distance qu'il a parcourue après différentes périodes de temps. Je peux alors calculer la consommation d'oxygène cumulée.

– La température autour des asticots

– Masse de chaux sodée dans chaque tube bouillant

– Masse d'asticots dans le tube bouillant

Pour m'assurer que l'expérience est juste, je laisserai aux asticots le temps de s'acclimater au nouvel environnement. Je vais ensuite prendre des lectures pendant plusieurs minutes, puis répéter chaque température deux fois. Cela me permettra de tenir compte des résultats anormaux que je pourrais acquérir au cours des expériences.

Le tableau ci-dessous montre les principales sources d'erreur et comment j'ai prévu de réduire les erreurs.

Méthode proposée pour augmenter la fiabilité

Échelles de mesure pour mesurer la masse des asticots

En utilisant des échelles de mesure qui mesurent avec un degré de précision plus élevé, je peux calculer le taux de consommation d'oxygène par gramme d'asticot avec plus de précision

Lecture de la position du fluide du manomètre

Lors de la lecture de la position du fluide du manomètre, il est essentiel que je le fasse à hauteur des yeux et droit afin de lire avec précision la position du fluide. Si cela est fait avec précision, la position peut alors être lue à 0,5 millimètre

Asticots tombant dans la chaux sodée

Si cela se produit, les asticots peuvent commencer à respirer à un rythme différent. S'assurer que le gauss est bien ajusté contre les côtés du tube d'ébullition peut réduire ce problème.

Si les clips à vis ne sont pas solidement fixés autour des tubes d'ébullition, de l'air entrera dans le tube d'ébullition contenant les asticots sans passer par le manomètre. Par conséquent, le taux de consommation d'oxygène semblera être inférieur.

Dioxyde de carbone tout prêt présent dans le tube d'ébullition

Le dioxyde de carbone apporte une petite contribution à la composition de l'air. Lorsque le bouchon est fermé pour la première fois, il y aura du dioxyde de carbone supplémentaire dans le tube contenant les asticots. Celui-ci sera absorbé par la chaux sodée et la bulle se déplacera en conséquence. Ceci n'est cependant pas dû à la consommation d'oxygène des asticots et ajoutera donc de l'imprécision à l'expérience. Fermer le bouchon et attendre environ une minute pour qu'il n'y ait pas de dioxyde de carbone pour commencer peut éliminer cela.

Les asticots ne sont pas complètement acclimatés à leur nouvel environnement

Cela signifierait que leur rythme respiratoire ne serait pas stable lorsqu'ils sont dans les tubes d'ébullition et serait donc imprécis pour mesurer la consommation d'oxygène. Pendant quelques minutes, ils peuvent être plus actifs, de sorte que le taux ne serait pas constant. Cela peut être éliminé en laissant aux asticots suffisamment de temps pour s'acclimater au nouvel environnement

Fluctuations de la température du bain-marie

Comme les asticots ont le sang froid, ont une structure simple et ne peuvent contrôler efficacement leur température corporelle, ils respirent en fonction de l'environnement dans lequel ils se trouvent. ne serait pas constant. En répétant l'expérience, ces facteurs peuvent être pris en compte.

Au cours de mon enquête, je dois respecter divers problèmes de sécurité pour m'assurer que mon expérience est sûre. Ceux-ci sont détaillés ci-dessous :

– J'utiliserai une seringue pour insérer le liquide du manomètre dans le manomètre, ce qui peut facilement vous couper et blesser quelqu'un. Par conséquent, je m'assurerai de recouvrir l'aiguille lorsque j'aurai fini de l'utiliser. Cela fournira un environnement de travail sûr.

– Soda Lime est corrosif, je dois donc m'assurer qu'il n'entre pas en contact avec ma peau. Par conséquent, j'utiliserai une spatule lorsque j'aurai besoin d'en retirer de la bouteille. Si j'entre en contact avec l'un d'eux, je me laverai immédiatement et soigneusement les mains.

– Il y a beaucoup de verrerie dans mon expérience, je vais donc m'assurer de faire attention lorsque je les utilise. Si je laisse tomber quelque chose, je nettoierai le verre à l'aide d'une pelle à poussière et d'une brosse, tout en m'assurant de ne toucher aucun des morceaux de verre brisés.

– Enfin, j'utiliserai un bain-marie à une température allant jusqu'à 60 degrés Celsius. Je vais donc devoir travailler avec précaution et si je me brûle je me rince immédiatement la main sous l'eau froide.

La bulle de distance cumulée se déplace (mm) après chaque minute

Volume cumulé moyen d'oxygène produit par minute par gramme (mm3 min-1 g-1)

Exemple : Pour calculer le volume cumulé moyen d'oxygène produit par minute et par gramme à 2 minutes pour la température ambiante :

Valeur de Pi x (rayon du manomètre)2 x distance parcourue par la bulle

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

D'après les résultats préliminaires, vous pouvez voir que lorsque la température passe de la température ambiante à 35 degrés Celsius, le volume cumulé d'oxygène produit sur une période de 6 minutes augmente, c'est-à-dire que le taux de respiration augmente. Cela confirme la simple prédiction que j'ai faite, dans laquelle j'ai déclaré que le taux de respiration augmenterait, ce qui est clairement visible sur le graphique. Je peux maintenant entrer dans une théorie scientifique plus détaillée de la façon dont le taux de respiration a augmenté.

Théorie

La respiration est un processus dans lequel les molécules organiques sont décomposées en plusieurs étapes pour libérer de l'énergie potentielle chimique. Celui-ci est ensuite utilisé pour synthétiser l'adénosine triphosphate (ATP). Habituellement, la molécule organique est le glucose, mais les acides gras et les acides aminés peuvent également être utilisés si le glucose n'est pas présent.

Les 4 étapes principales de la respiration sont la glycolyse, la réaction de liaison, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative.

La glycolyse est l'étape dans laquelle le glucose est décomposé, et cela se produit dans le cytoplasme d'une cellule. Initialement, 2 unités ATP sont nécessaires pour décomposer le glucose (molécule à 6 carbones) en 2 molécules de pyruvate (molécule à 3 carbones). Cependant, pendant les étapes entre la division du glucose et la formation du pyruvate, de l'énergie est libérée et est ensuite utilisée pour fabriquer 4 unités ATP. Le schéma ci-dessous montre la voie glycolytique.

À partir du diagramme ci-dessus, vous pouvez voir les étapes entre la décomposition du glucose et la formation de pyruvate. Tout d'abord, le glucose, composé de 6 carbones, est phosphorylé, ce qui est un processus nécessitant de l'énergie. Comme il est phosphorylé deux fois, pour former de l'hexose bisphosphate, 2 unités d'ATP sont utilisées. Le glucose est très riche en énergie, mais est assez peu réactif en raison de sa structure stable. Il est donc décomposé pour donner 2 molécules de triose phosphate. 2 atomes d'hydrogène sont ensuite retirés de cette molécule par 2 molécules de nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) pour former 2 molécules de pyruvate. Le schéma ci-dessous montre la structure NAD.

Par conséquent, en résumé, la glycolyse entraîne l'augmentation nette de deux molécules d'ATP. Cependant, le pyruvate contient encore une grande quantité d'énergie potentielle chimique, qui est libérée lors des étapes suivantes de la respiration. La prochaine étape du processus est la réaction de liaison, qui implique de nombreuses enzymes. Ces travaux pour abaisser l'énergie d'activation des réactions et leurs mécanismes seront discutés plus loin.

Au cours de la réaction de liaison, le pyruvate est décarboxylé, c'est-à-dire que le dioxyde de carbone est éliminé. Ceci est très important dans mon enquête, car ce dioxyde de carbone est ce qui sera absorbé par la chaux sodée, et me permettra donc de calculer le taux d'absorption d'oxygène.

Le pyruvate est ensuite déshydrogéné et combiné avec la coenzyme A (CoA) pour former l'acétyl CoA, qui est une molécule à 2 carbones. Une fois de plus, le NAD est le support qui élimine les atomes d'hydrogène et forme le NAD réduit.

La troisième étape du processus de respiration est connue sous le nom de cycle de Krebs, qui est une voie fermée de réactions contrôlées par les enzymes. Le produit de la réaction de liaison (acétyl-CoA) se combine avec l'oxaloacétate, un composé à 4 carbones, pour former le citrate, un composé à 6 carbones. Comme le pyruvate, celui-ci est ensuite décarboxylé et déshydrogéné en plusieurs étapes, et finalement l'oxaloacétate est régénéré pour permettre au cycle de recommencer.

Chaque tour du cycle entraîne la formation de 2 molécules de dioxyde de carbone, une molécule de FAD et 3 molécules de NAD sont réduites et une molécule d'ATP est générée. Le diagramme ci-dessous montre la réaction de Link et le cycle de Krebs.

C'est au stade final de la respiration que l'essentiel de l'ATP est produit, et c'est ce stade qui nécessite de l'oxygène. C'est à ce stade que les atomes d'hydrogène transportés par le NAD réduit et le FAD réduit sont utilisés, et l'étape est connue sous le nom de phosphorylation oxydative.

Au cours de la glycolyse, de la réaction de Link et du cycle de Krebs, seules quelques molécules d'ATP ont été produites. C'est au cours de la phosphorylation oxydative que la majeure partie de l'énergie bloquée dans la molécule de glucose d'origine sera libérée. La chaîne de transport d'électrons est un réseau de protéines porteuses d'électrons situées dans la membrane interne de la mitochondrie. Le NAD réduit et le FAD réduit passent à la chaîne de transport d'électrons, et ici les atomes d'hydrogène sont libérés des deux porteurs. Ce faisant, une molécule d'ATP peut être synthétisée. Les atomes d'hydrogène se décomposent ensuite en ions hydrogène (H+) et en électrons. Les ions hydrogène restent dans la matrice mitochondriale, tandis que les électrons sont transférés au premier porteur d'électrons. Au fur et à mesure qu'il passe entre les trois porteurs d'électrons, le niveau d'énergie des porteurs, par rapport à l'oxygène, diminue. Cela libère de l'énergie, qui est utilisée pour synthétiser l'ATP. De cette façon, deux autres molécules d'ATP sont produites. Enfin, l'électron atteint l'accepteur d'électrons final, qui est également situé dans la matrice mitochondriale, et est l'oxygène. 2 ions hydrogène seront également aspirés et l'oxygène est réduit en eau.

C'est pourquoi, dans mon enquête, le fluide du manomètre dans le manomètre se déplacera vers les asticots. Les asticots ont besoin d'oxygène pour cette dernière étape de la respiration, c'est ce que je mesure pour calculer le taux de respiration.

Cependant, cela ne représente que 3 des 28 molécules d'ATP formées lors de la phosphorylation oxydative. Les autres molécules d'ATP sont synthétisées grâce au processus de chimiosmose. L'énergie libérée par la chaîne de transport d'électrons est également utilisée pour pomper des ions hydrogène dans l'espace intermembranaire mitochondrial. De ce fait, la concentration d'ions hydrogène dans l'espace intermembranaire augmente. Cela met en place un gradient de concentration, et les ions hydrogène repassent ensuite à travers la membrane dans la matrice mitochondriale via des canaux protéiques. Dans chaque canal se trouve l'ATP synthase, qui agit comme une enzyme et utilise l'énergie potentielle de 3 ions hydrogène pour convertir l'ADP et le Pi (phosphates inorganiques) en ATP. Les diagrammes ci-dessous montrent le processus de phosphorylation oxydative ainsi que le fonctionnement de l'ATP synthase. L'ATP synthase est une enzyme, ce qui montre que la respiration est dépendante de l'enzyme et je dois donc également considérer comment les enzymes fonctionnent pour rendre ce processus possible.

Maintenant que nous avons vu comment la respiration est capable de libérer de l'énergie à partir du glucose, nous pouvons considérer le rôle que jouent les enzymes dans le processus. Le diagramme d'enthalpie ci-dessous montre la transformation globale du glucose en dioxyde de carbone et en eau.

Bien qu'il existe de nombreux composés formés entre le glucose et le produit final, ils peuvent essentiellement tous être considérés comme un seul. En effet, pour que chaque étape individuelle se produise, l'énergie d'activation doit être surmontée. Les enzymes agissent en abaissant cette énergie, ce qui permet de convertir le glucose en pyruvate lors de la glycolyse, le pyruvate d'être converti en Acetyl-CoA lors de la réaction de Link etc. Je vais maintenant détailler le fonctionnement des nombreuses enzymes impliquées dans la respiration sont capables de le faire.

Une enzyme peut être définie comme un catalyseur biologique et est affectée par l'environnement dans lequel elle se trouve. L'enzyme a une forme tridimensionnelle spécifique et cela signifie qu'une certaine enzyme ne peut décomposer que des substrats ayant une certaine forme.

Par exemple. Pour cette raison, l'amylase ne peut décomposer que l'amidon, en raison des substrats s'insérant dans le site actif. Il ne peut cependant pas décomposer les lipides en raison des substrats lipidiques ayant une structure qui ne lui permet pas de s'adapter au site actif de l'enzyme amylase.

Comme indiqué précédemment, les enzymes sont des protéines globulaires tridimensionnelles complexes. Le site actif, qui est généralement une fente dans la structure, contient des acides aminés qui effectuent la dégradation d'une substance.

Diagramme montrant la structure d'un simple

L'enzyme est dans la structure tertiaire d'une protéine. Il est maintenu ensemble par plusieurs liaisons, qui sont des liaisons hydrogène, des liaisons ioniques, des liaisons disulfure et des interactions hydrophobes entre les chaînes latérales non polaires. Les longues chaînes d'acides aminés qui s'enroulent sur elles-mêmes créent cette structure. Des liaisons hydrogène se forment alors entre les groupes -CO d'un acide aminé et le groupe -NH d'un autre, qui maintiennent cette forme en place. C'est ce qu'on appelle une hélice et c'est la structure secondaire. Cette structure peut s'enrouler en une forme tridimensionnelle précise, qui est la structure tertiaire. Le diagramme ci-dessous montre comment la liaison hydrogène peut se former.

Les groupes R déterminent la forme du site actif dans une enzyme. La grande variété de groupes R différents signifie que des sites actifs de formes différentes peuvent exister, expliquant pourquoi les enzymes sont spécifiques à un type de substrat.

Le diagramme ci-dessous tiré de ‘Biology 1’ illustre le fonctionnement d'une enzyme.

1Diagramme montrant comment une enzyme accélère la dégradation d'un substrat

Le diagramme ci-dessus concerne le fonctionnement des enzymes de la respiration. Dans le diagramme de gauche, nous pouvons voir que l'enzyme et le substrat sont dans un mélange. Le substrat se déplace dans le site actif de l'enzyme. Les deux se lient ensuite et forment un complexe enzyme-substrat. Il est maintenu en place à l'aide de liaisons temporaires qui se forment entre les groupes R de l'acide aminé de l'enzyme et le substrat. Ces liaisons sont faibles et ne sont donc pas covalentes.

Le schéma de la serrure et de la clé peut être utilisé pour comprendre la forme spécifique de l'enzyme. Le substrat ci-dessus épouse la forme du site actif et peut donc s'y lier. Toute autre forme ne conviendra pas à ce site actif. Une serrure et une théorie de clé peuvent ressembler à ceci en ce sens que si la clé, c'est-à-dire le substrat, n'a pas la bonne forme, elle ne rentrera pas dans la serrure, qui est l'enzyme.

Enfin, les interactions entre le substrat et le site actif de l'enzyme provoquent la rupture du substrat. Les liaisons temporaires, qui se forment au cours de ce processus, provoquent une tendance plus élevée à la décomposition d'une substance, ce qui à son tour réduit l'énergie d'activation. Ceci sera expliqué plus en détail dans la section suivante.

Maintenant que nous savons ce qu'est une enzyme, nous pouvons voir comment une modification de la température entraînerait un changement dans la vitesse de réaction de la respiration.

Pour qu'une réaction se produise, les particules doivent entrer en collision avec une certaine énergie cinétique minimale. La taille de cette énergie cinétique nécessaire varie entre les réactions en raison des différentes enthalpies de liaison. Une enzyme fonctionne en réduisant l'énergie d'activation comme le montre le schéma ci-dessous.

Énergie

Comme vous pouvez le voir, l'enzyme abaisse l'énergie d'activation, ce qui donne à un plus grand nombre de particules l'énergie minimale requise pour que la réaction se produise. Le diagramme du profil énergétique montre les pics les plus petits, qui surviennent à la suite de l'enzyme. Le premier provient de la formation du complexe enzyme-substrat. Après cette étape, le complexe enzyme-produit se forme, qui nécessite également de l'énergie mais moins que le complexe enzyme-substrat. Finalement, l'enzyme et les produits s'éloignent et l'enzyme peut alors être réutilisée.

Les molécules au cours du processus de respiration ont une gamme d'énergies cinétiques différentes. La plupart des particules se déplaceront à des vitesses modérées, d'autres auront une énergie cinétique légèrement supérieure et certaines en auront légèrement moins. Lorsque la température des réactifs augmente, ils se déplacent plus rapidement et ont une plus grande quantité d'énergie cinétique.

Cela signifie que parmi les substrats qui entrent en collision avec les enzymes, la quantité d'énergie de l'impact est plus susceptible de dépasser l'énergie d'activation. L'enzyme abaisse encore l'énergie d'activation, de sorte qu'un plus grand nombre de molécules ont l'énergie requise et peuvent provoquer une réaction. Ceci est illustré dans le schéma ci-dessous.

Le diagramme ci-dessus montre que seule une faible proportion des molécules ont l'énergie E pour surmonter l'énergie d'activation (qui dans ce cas est de 50 kg mol-1), et pour provoquer une réaction. Si nous augmentons maintenant la température, le graphique ressemblera à celui illustré ci-dessous.

2Courbes de distribution montrant l'effet d'une élévation de température de 10K sur la proportion de réactions avec plus de 50kg mol-1

D'après le graphique, vous pouvez voir qu'en augmentant la température de 10 Kelvins, le graphique s'est déplacé vers la droite, c'est-à-dire qu'il y a une énergie cinétique moyenne plus élevée de chaque particule. Il y a une proportion beaucoup plus élevée de molécules avec plus de 50 kg mol-1, ce qui signifie que davantage de collisions seront suffisamment réussies pour qu'une réaction se produise.

Par conséquent, l'augmentation de la température augmentera l'énergie cinétique moyenne des réactifs, ce qui permettra à un plus grand nombre de réactions de se produire. C'est pourquoi penser que l'élévation de la température augmentera le taux de respiration. Cependant, une augmentation excessive de la température entraînera la dénaturation de l'enzyme. Cela signifie que les liaisons qui maintiennent ensemble la structure tertiaire de l'enzyme seront surmontées et que le site actif aura changé de forme. En conséquence, les liaisons temporaires qui se produisent entre le substrat et l'enzyme ne peuvent pas se former. Cela rendrait donc l'enzyme inutile, donc la progression de la réaction diminuera et finira par s'arrêter.


Laboratoire de respiration cellulaire typique avec un respiromètre - pourquoi l'hydroxyde de potassium (KOH) est-il nécessaire ? - La biologie

Grâce à ce site Web, nous recherchons des documents historiques relatifs aux piles à combustible. Nous avons construit le site pour recueillir des informations auprès de personnes déjà familiarisées avec la technologie, telles que des inventeurs, des chercheurs, des fabricants, des électriciens et des spécialistes du marketing. Cette section Notions de base présente un aperçu général des piles à combustible pour les visiteurs occasionnels.

Une pile à combustible est un appareil qui génère de l'électricité par une réaction chimique. Chaque pile à combustible possède deux électrodes appelées, respectivement, l'anode et la cathode. Les réactions qui produisent de l'électricité ont lieu au niveau des électrodes.

Chaque pile à combustible possède également un électrolyte, qui transporte les particules chargées électriquement d'une électrode à l'autre, et un catalyseur, qui accélère les réactions aux électrodes.

L'hydrogène est le carburant de base, mais les piles à combustible ont également besoin d'oxygène. Un grand attrait des piles à combustible est qu'elles génèrent de l'électricité avec très peu de pollution - une grande partie de l'hydrogène et de l'oxygène utilisés pour produire de l'électricité se combinent finalement pour former un sous-produit inoffensif, à savoir l'eau.

Un détail de terminologie : une seule pile à combustible génère une infime quantité d'électricité en courant continu (CC). En pratique, de nombreuses piles à combustible sont généralement assemblées en un empilement. Cellule ou pile, les principes sont les mêmes.

Le but d'une pile à combustible est de produire un courant électrique qui peut être dirigé à l'extérieur de la pile pour effectuer un travail, comme alimenter un moteur électrique ou éclairer une ampoule ou une ville. En raison du comportement de l'électricité, ce courant retourne à la pile à combustible, complétant ainsi un circuit électrique. (Pour en savoir plus sur l'électricité et l'énergie électrique, visitez "Throw The Switch" sur le site Web du Smithsonian Powering a Generation of Change.) Les réactions chimiques qui produisent ce courant sont la clé du fonctionnement d'une pile à combustible.

Il existe plusieurs types de piles à combustible, et chacune fonctionne un peu différemment. Mais en termes généraux, les atomes d'hydrogène entrent dans une pile à combustible à l'anode où une réaction chimique les dépouille de leurs électrons. Les atomes d'hydrogène sont maintenant « ionisés » et portent une charge électrique positive. Les électrons chargés négativement fournissent le courant à travers les fils pour faire le travail. Si un courant alternatif (CA) est nécessaire, la sortie CC de la pile à combustible doit être acheminée via un dispositif de conversion appelé onduleur.


Graphique de Marc Marshall, Schatz Energy Research Center

L'oxygène pénètre dans la pile à combustible à la cathode et, dans certains types de piles (comme celle illustrée ci-dessus), il s'y combine avec des électrons revenant du circuit électrique et des ions hydrogène qui ont traversé l'électrolyte depuis l'anode. Dans d'autres types de cellules, l'oxygène capte des électrons puis se déplace à travers l'électrolyte jusqu'à l'anode, où il se combine avec les ions hydrogène.

L'électrolyte joue un rôle clé. Il ne doit laisser passer que les ions appropriés entre l'anode et la cathode. Si des électrons libres ou d'autres substances pouvaient traverser l'électrolyte, ils perturberaient la réaction chimique.

Qu'ils se combinent à l'anode ou à la cathode, l'hydrogène et l'oxygène forment ensemble de l'eau, qui s'écoule de la cellule. Tant qu'une pile à combustible est alimentée en hydrogène et en oxygène, elle produira de l'électricité.

Mieux encore, puisque les piles à combustible créent de l'électricité par voie chimique, plutôt que par combustion, elles ne sont pas soumises aux lois thermodynamiques qui limitent une centrale électrique conventionnelle (voir "Carnot Limit" dans le glossaire). Par conséquent, les piles à combustible sont plus efficaces pour extraire l'énergie d'un carburant. La chaleur résiduelle de certaines cellules peut également être exploitée, augmentant encore l'efficacité du système.

Alors pourquoi ne puis-je pas acheter une pile à combustible ?

Le fonctionnement de base d'une pile à combustible n'est peut-être pas difficile à illustrer. Mais construire des piles à combustible peu coûteuses, efficaces et fiables est une entreprise bien plus compliquée.

Les scientifiques et les inventeurs ont conçu de nombreux types et tailles de piles à combustible à la recherche d'une plus grande efficacité, et les détails techniques de chaque type varient. De nombreux choix auxquels sont confrontés les développeurs de piles à combustible sont limités par le choix de l'électrolyte. La conception des électrodes, par exemple, et les matériaux utilisés pour les fabriquer dépendent de l'électrolyte. Aujourd'hui, les principaux types d'électrolytes sont les alcalis, les carbonates fondus, l'acide phosphorique, les membranes échangeuses de protons (PEM) et les oxydes solides. Les trois premiers sont des électrolytes liquides, les deux derniers sont des solides.

Le type de carburant dépend également de l'électrolyte. Certaines piles ont besoin d'hydrogène pur et nécessitent donc un équipement supplémentaire tel qu'un « réformateur » pour purifier le carburant. D'autres cellules peuvent tolérer certaines impuretés, mais peuvent nécessiter des températures plus élevées pour fonctionner efficacement. Des électrolytes liquides circulent dans certaines cellules, ce qui nécessite des pompes. Le type d'électrolyte dicte également la température de fonctionnement d'une cellule, comme son nom l'indique.

Chaque type de pile à combustible présente des avantages et des inconvénients par rapport aux autres, et aucune n'est encore suffisamment bon marché et efficace pour remplacer largement les moyens traditionnels de production d'électricité, tels que les centrales au charbon, hydroélectriques ou même nucléaires.

La liste suivante décrit les cinq principaux types de piles à combustible. Des informations plus détaillées peuvent être trouvées dans ces zones spécifiques de ce site.

Différents types de piles à combustible.


Dessin d'une pile alcaline.
Les piles à combustible alcalines fonctionnent à l'hydrogène et à l'oxygène comprimés. Ils utilisent généralement une solution d'hydroxyde de potassium (chimiquement, KOH) dans l'eau comme électrolyte. L'efficacité est d'environ 70 pour cent et la température de fonctionnement est de 150 à 200 degrés C (environ 300 à 400 degrés F). La puissance de la cellule varie de 300 watts (W) à 5 kilowatts (kW). Les piles alcalines ont été utilisées dans le vaisseau spatial Apollo pour fournir à la fois de l'électricité et de l'eau potable. Cependant, ils nécessitent un carburant d'hydrogène pur et leurs catalyseurs d'électrodes en platine sont coûteux. Et comme tout récipient rempli de liquide, ils peuvent fuir.

Acide phosphorique les piles à combustible (PAFC) utilisent l'acide phosphorique comme électrolyte. L'efficacité varie de 40 à 80 % et la température de fonctionnement se situe entre 150 et 200 degrés C (environ 300 à 400 degrés F). Les piles à acide phosphorique existantes ont des puissances allant jusqu'à 200 kW et des unités de 11 MW ont été testées. Les PAFC tolèrent une concentration de monoxyde de carbone d'environ 1,5 %, ce qui élargit le choix des carburants qu'ils peuvent utiliser. Si de l'essence est utilisée, le soufre doit être éliminé. Des catalyseurs d'électrode en platine sont nécessaires et les pièces internes doivent être capables de résister à l'acide corrosif.


Dessin du fonctionnement des piles à combustible à acide phosphorique et PEM.

Membrane échangeuse de protons Les piles à combustible (PEM) fonctionnent avec un électrolyte polymère sous la forme d'une feuille mince et perméable. L'efficacité est d'environ 40 à 50 pour cent et la température de fonctionnement est d'environ 80 degrés C (environ 175 degrés F). Les puissances des cellules vont généralement de 50 à 250 kW. L'électrolyte solide et flexible ne fuira pas et ne se fissurera pas, et ces cellules fonctionnent à une température suffisamment basse pour les rendre adaptées aux maisons et aux voitures. Mais leurs carburants doivent être purifiés, et un catalyseur au platine est utilisé des deux côtés de la membrane, ce qui augmente les coûts.

Des informations plus détaillées sur chaque type de pile à combustible, y compris les historiques et les applications actuelles, peuvent être trouvées dans leurs parties spécifiques de ce site. Nous avons également fourni un glossaire de termes techniques & un lien est fourni en haut de chaque page technologique.