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Laboratorio típico de respiración celular con respirómetro: ¿por qué es necesario el hidróxido de potasio (KOH)?

Laboratorio típico de respiración celular con respirómetro: ¿por qué es necesario el hidróxido de potasio (KOH)?



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Para el contexto, si no está seguro de a qué se refiere esta pregunta, no dude en echar un vistazo a este video de la ciencia de Bozeman y avanzar hasta la marca de las 2:00. En un laboratorio típico de respiración celular, en particular el delineado por el College Board, se usa un respirómetro y algunos guisantes para medir la frecuencia respiratoria. Lo que me confunde es por qué el KOH (hidróxido de potasio) es necesario para que el volumen interior del respirómetro no cambie. ¿Por qué el sólido formado por la combinación de 2KOH con CO2 (K2CO3) no provocaría un cambio de volumen, ya que ocupa espacio en el respirómetro al igual que los gases? Perdón si esto parece una pregunta tonta, tengo muy pocos conocimientos básicos de química.

Para ver una animación, no dude en ver este enlace de Pearson.

¡Gracias!


El precipitado sólido no contribuye tanto a la presión dentro del vial como lo hace el gas. Intuitivamente, la molécula gaseosa contribuye a la presión mediante colisiones que ejercen fuerza sobre el recipiente (lo que empujaría el agua hacia afuera). Por el contrario, el precipitado sólido solo contribuye a la presión en la medida en que disminuye el volumen del recipiente, que es despreciable en comparación con la pérdida de energía cinética por molécula de gas.

Básicamente, solo porque ambos ocupan espacio, no significa que ocupen la misma cantidad de espacio (o más bien, no contribuyen por igual a la presión en el vial). Los gases tienden a ocupar más espacio que las moléculas en fase líquida o sólida de idéntico tamaño, debido a su energía cinética de movimiento y la fuerza de sus colisiones en su entorno. El KOH reacciona con el CO2 para eliminarlo del conjunto de moléculas de gas de alta energía, convirtiéndolas en moléculas de baja energía en el sólido. Con el menor número de moléculas que contribuyen a la presión (ley de los gases ideales), la presión se reduce y la fuerza del agua se vuelve mayor que la fuerza del gas, y el agua ingresa al respirómetro.


Informe de laboratorio de respiración celular

El propósito de este laboratorio fue medir el cambio de temperatura en el aire germinando y no germinando a través de un respirómetro. Esto se hizo usando una jeringa para crear un respirómetro para las semillas de avión, y un vaso de precipitados lleno de agua caliente, luego dentro de la jeringa había líquido de manómetro e hidróxido de potasio que se usaron para medir los cambios y extraer el oxígeno de las semillas de la planta. . Nuestros resultados de este laboratorio fueron incorrectos y muy variados de otros grupos porque el sello de los respirómetros estaba mal colocado, lo que provocó que el experimento no se llevara a cabo de la forma en que la mayoría lo hubiera hecho.

En este laboratorio, nos enfocamos en la respiración celular de semillas de plantas que germinan y no germinan. La respiración celular es el proceso de oxidación de las moléculas de los alimentos, como la glucosa, en dióxido de carbono y agua.

Líquido monómero rojo, 2 gotas

semillas, control, frijol mungo, 10

semillas, germinando, frijol mungo, 10

solución de hidróxido de potasio, KOH, 15%, 1 m:

agua, grifo, temperatura ambiente, 1L

pinzas o sujetapapeles doblado

Procedimiento para la construcción del respirómetro

1. Empuje el émbolo hasta el fondo de la jeringa.

2. Pegue una tuerca hexagonal en el extremo del émbolo para agregar peso.

3. Inserte un tubo capilar en el extremo de la jeringa de modo que aproximadamente la mitad quede en el exterior y el otro lado se empuje hasta el fondo en el interior.

4. Agregue un poco de pegamento termofusible al tubo capilar para asegurar su firmeza.

5. Tire suavemente del émbolo después de que el pegamento se enfríe para asegurarse de que el tubo capilar se mueva solo con él y no esté atascado.

6. Repita los pasos del 1 al 6 para el segundo respirómetro.

Procedimiento para la actividad de referencia

1. Llene una taza con 16 oz de agua del grifo a temperatura ambiente

2. Coloque el termómetro en agua

3. Extraiga una pequeña cantidad de monómero rojo en el tubo capilar y tire hacia abajo a lo largo del tubo. Luego, vuélvalo a rociar todo para que quede una capa jabonosa. Esto hará que las sustancias no se peguen al tubo.

4. Coloque 1/2 bola de algodón en cada respirómetro.

5. Utilice la varilla agitadora de vidrio para empujar la bola de algodón junto al tubo capilar

6. Utilice una pipeta graduada para insertar 0,5 ml de hidróxido de potasio al 15% en la bola de algodón.

7. Coloque un poco de relleno de fibra no absorbente en cada respirómetro.

8. Utilice la varilla de vidrio para mover el relleno de fibra junto a la bola de algodón. Esto asegurará que la solución alcalina no consuma ninguna muestra.

9. Repita los pasos 3 a 8 para el segundo respirómetro.

10. Coloque 10 frijoles mungo germinados en un respirómetro y 10 frijoles mungo controlados en el otro.

11. Coloque el tubo capilar mirando hacia abajo hacia el fregadero y vuelva a colocar el émbolo hasta que esté en 4 ml.

12. Coloque ambos respirómetros en el vaso de agua con los tubos capilares hacia afuera.

14. Use una pipeta para agregar líquido de monómero rojo en cada punta del tubo capilar

15. Si el líquido está siendo expulsado, esto significa que hay una fuga en el respirómetro, vuelva a pegar si es necesario.

16. Utilice un marcador permanente para marcar la progresión del monómero rojo durante 10 minutos. También registre la temperatura.

17. Saque los respirómetros del agua y séquelos.

18. Usa una regla para medir la distancia entre cada marca.

19. Calcule el volumen sumando o restando la diferencia entre el tubo germinado y el tubo controlado.

20. Construye una gráfica para mostrar la frecuencia respiratoria.

Nuestros resultados finales fueron defectuosos porque nuestras semillas germinadas en el tubo capilar tenían un error. El sello no estaba correctamente pegado en caliente, lo que resultó en que la fotosíntesis fuera más fuerte que la respiración. Esto hizo que el monómero rojo fuera expulsado en lugar de tirado hacia adentro. Nuestro tubo de ensayo controlado hizo lo que se suponía que debía hacer y el monómero rojo se quedó quieto.

En el laboratorio, el CO2 producido durante la respiración celular fue eliminado por el hidróxido de potasio (KOH) y creó carbonato de potasio (K2CO3). Era necesario eliminar el dióxido de carbono para que el cambio en el volumen de gas en el respirómetro fuera directamente proporcional a la cantidad de oxígeno consumido. En el experimento, el agua se movió hacia la región de menor presión. Durante la respiración, se consumirá oxígeno y su volumen se reducirá a un sólido. El resultado fue una disminución en el volumen de gas dentro del tubo y una disminución relacionada en la presión en el tubo. Si hubiéramos configurado el respirómetro con las perlas de vidrio, habría servido como control, permitiendo cambios en el volumen debido a cambios en la presión atmosférica y / o temperatura.

El laboratorio y los resultados obtenidos de este laboratorio demostraron muchas cosas importantes relacionadas con la respiración celular. Demostró que las tasas de respiración celular son mayores en los frijoles mungo en germinación que en los frijoles mungo que no germinan. También mostró que la temperatura y las tasas de respiración son directamente proporcionales a medida que aumenta la temperatura, también aumentan las tasas de respiración. Debido a este hecho, los frijoles mungo contenidos en los respirómetros colocados en el agua a 10 ° C llevaron a cabo la respiración celular a un ritmo menor que los frijoles mungo en los respirómetros colocados en agua a temperatura ambiente. Los frijoles mungo que no germinan consumieron mucho menos oxígeno que los frijoles mungo en germinación. Esto se debe a que, aunque los frijoles mungo en germinación y sin germinar están vivos, los frijoles mungo en germinación requieren mayores cantidades de oxígeno para ser consumidos para que la semilla continúe creciendo y sobreviviendo.


Nivel de Educación

Tema

Introducción

La respiración celular se refiere al proceso de convertir la energía química de las moléculas orgánicas en una forma inmediatamente utilizable por los organismos. La glucosa puede oxidarse completamente si hay suficiente oxígeno disponible y se resume en la siguiente reacción:

Todos los organismos, incluidas las plantas y los animales, oxidan la glucosa para obtener energía. A menudo, esta energía se utiliza para convertir ADP y fosfato en ATP.

Para medir la tasa de respiración celular, se medirá el cambio de presión debido al consumo de oxígeno por los guisantes con un Sensor de Presión de Gas. No es posible medir directamente los cambios de presión debidos al oxígeno, ya que el sensor de presión de gas mide el cambio de presión total. El dióxido de carbono se produce a medida que se consume oxígeno. La presión debida al CO2 puede anular cualquier cambio debido al consumo de oxígeno. Para eliminar este problema, se agregará un químico que eliminará selectivamente el CO2. El hidróxido de potasio, KOH, reaccionará químicamente con el CO2 por la siguiente ecuación:

Esto le permitirá controlar los cambios de presión exclusivamente debido al consumo de oxígeno.

A respirómetro es el sistema utilizado para medir la respiración celular. Los cambios de presión en el respirómetro son directamente proporcionales a un cambio en la cantidad de gas en el respirómetro, siempre que el volumen y la temperatura del respirómetro no cambien. Si desea comparar el consumo de oxígeno en dos respirómetros diferentes, como lo haremos en este experimento, debe mantener el volumen y la temperatura del aire iguales en cada respirómetro.

Se probarán tanto los guisantes germinantes como los no germinantes. Además, se probará la respiración celular de los guisantes en germinación a dos temperaturas diferentes.

Objetivos

En este experimento,

  • Mide la producción de gas.
  • Estudie el efecto de la temperatura sobre la respiración celular.
  • Determine si los guisantes en germinación y los guisantes que no germinan respiran.
  • Compare las tasas de respiración celular en guisantes germinantes y no germinantes.

Sensores y equipos

Este experimento cuenta con los siguientes sensores y equipos. Es posible que se requiera equipo adicional.

Opción 1

Opcion 2

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Laboratorio de respiración de cinco células

RESPIRACIÓN DE CINCO CÉLULAS DE LABORATORIO
INTRODUCCIÓN
La respiración celular aeróbica es la liberación de energía de compuestos orgánicos a partir de compuestos orgánicos por oxidación química metabólica en las mitocondrias dentro de cada célula. La respiración celular implica una serie de reacciones mediadas por enzimas. La siguiente ecuación muestra la oxidación completa de la glucosa. Se requiere oxígeno para que se produzca este proceso de liberación de energía. C6H12O6 + 6O2 - & gt 6CO2 + 6H2O + 686 kilocalorías de energía / mol de glucosa oxidada PROPÓSITO Este laboratorio proporcionó el proceso de respiración celular y cómo se ve afectado por la temperatura en las semillas de guisantes en germinación y en estado latente. La respiración celular es un proceso catabólico que produce ATP en el que el receptor de electrones es una molécula inorgánica. Es la liberación de energía de los compuestos orgánicos por oxidación química en las mitocondrias dentro de cada célula. Los carbohidratos, las proteínas y las grasas pueden metabolizarse, pero la respiración celular generalmente involucra glucosa: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 686 Kcal de energía / mol de glucosa oxidada. La respiración celular implica la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. La glucólisis es una vía catabólica que se produce en el citosol y oxida parcialmente la glucosa en dos piruvatos (3-C). El ciclo de Krebs ocurre en las mitocondrias y descompone un piruvato (Acetil-CoA) en dióxido de carbono. Ambos ciclos producen una pequeña cantidad de ATP por fosforilación a nivel de sustrato y NADH por transferencia de electrones del sustrato a NAD +. El ciclo de Krebs también produce FADH2 transfiriendo electrones a FAD. La cadena de transporte de electrones está ubicada en la membrana interna de las mitocondrias y acepta electrones energizados de enzimas que se recolectan durante la glucólisis y el ciclo de Krebs, y acopla este deslizamiento exergónico de electrones a la síntesis de ATP o fosforilación oxidativa. Este proceso produce la mayor parte del ATP. La respiración celular se puede medir de dos formas: el consumo de O2 (cuántos moles de O2 se consumen en la respiración celular) y la producción de CO2 (cuántos moles de CO2 se producen en la respiración celular). PV = nRT es la fórmula de la ley del gas inerte, donde P es la presión del gas, V es el volumen del gas, n es el número de moléculas de gas, R es la constante del gas y T es la temperatura de el gas en grados K. Esta ley muestra varias cosas importantes sobre los gases. Si la temperatura y la presión se mantienen constantes, el volumen del gas es directamente proporcional al número de moléculas del gas. Si la temperatura y el volumen permanecen constantes, entonces la presión del gas cambia en proporción directa al número de moléculas de gas. Si el número de moléculas de gas y la temperatura permanecen constantes, entonces la presión es inversamente proporcional al volumen. Si la temperatura cambia y el número de moléculas de gas se mantiene constante, entonces la presión, el volumen o ambos cambiarán en proporción directa a la temperatura. Materiales Los materiales son necesarios para el laboratorio: 2 termómetros, 2 baños poco profundos, agua del grifo, hielo, toallas de papel, cinta adhesiva, guisantes en germinación, guisantes no germinantes (secos), perlas de vidrio, probeta graduada de 100 ml, 6 viales, 6 goma. tapones, algodón absorbente y no absorbente, KOH, una pipeta de 5 mL, pegamento de silicona, papel, lápiz, cronómetro y 6 arandelas. Hipótesis El respirómetro con solo guisantes en germinación consumirá la mayor cantidad de oxígeno y convertirá la mayor cantidad de CO2 en K2CO3 que los respirómetros con perlas y guisantes secos y solo con perlas. La temperatura de los baños de agua afecta directamente la tasa de consumo de oxígeno por el contenido de los respirómetros (cuanto mayor es la temperatura, mayor es la tasa de consumo). Temp (° C) | Tiempo (min) | Cuentas solo | Guisantes en germinación | Guisantes secos y perlas solo | | | Leyendo en el momento x | Diferencia | Leyendo en el momento x | Diferencia | Diferencia corregida | Leyendo en el momento x | Diferencia | Diferencia corregida | 21 ° C | 0 | .9mL | 0 | .9mL | 0 | 0 | .9 | 0 | 0 |

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

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

En esta actividad, está investigando el efecto de la germinación versus la no germinación y la temperatura cálida versus la temperatura fría en la tasa de respiración. Dos hipótesis. Los guisantes en germinación deben consumir más oxígeno que los guisantes que no germinan. Los guisantes que germinan a temperaturas cálidas deben consumir más oxígeno que los guisantes que germinan a temperaturas frías 2. Esta actividad utiliza varios controles. ¿Qué condiciones deben mantenerse constantes ?. Baños de agua mantenidos a temperatura constante El volumen de KOH es igual en cada tubo El tiempo de equilibrio es idéntico para todos los respirómetros. 3. Describa y explique la relación entre la cantidad de oxígeno consumido y el tiempo. La cantidad de oxígeno consumida fue mayor en la germinación de guisantes en agua tibia. El consumo de oxígeno aumentó con el tiempo en los guisantes en germinación. 4.

Condición | Mostrar cálculos | Tasa en mL O / minuto |
Germinación de guisantes a 10oC | 2,3-1,5 = .8 / 5 | 0,16 ml de O2 / minuto | Germinación de guisantes a temperatura ambiente | 4,6-3,1 / 5 | 0,3 ml de O2 / minuto | Guisantes secos a 10oC | (.1) / 5 = | 0,02 ml de O2 / minuto |
Guisantes secos a temperatura ambiente | (.2-0) / 5 = | 0,04 ml de O 2 / minuto |


6. ¿Por qué es necesario corregir las lecturas de los guisantes con las lecturas de las cuentas? Las perlas no realizaron respiración celular. Los guisantes lo hicieron.Los cambios en la presión atmosférica podrían haber causado cambios en la frecuencia respiratoria y la corrección de las lecturas proporcionó los resultados más precisos en las condiciones dadas. 7. Explique el efecto de la germinación versus la no germinación en la respiración de la semilla de guisante. La germinación provoca una mayor tasa de respiración que los guisantes que no germinan. 9. ¿Cuál es el propósito del KOH en este experimento? KOH elimina el dióxido de carbono formado durante la respiración celular. 10. ¿Por qué el vial tuvo que estar completamente sellado alrededor del tapón? El tapón estaba completamente sellado para evitar que entre agua en el respirómetro. 11. Si utilizó el mismo diseño experimental para comparar las tasas de respiración de un 25g. reptil y 25 g. mamífero a 10oC ¿qué resultados esperaría? Explica tu razonamiento. El mamífero llevaría a cabo una mayor tasa de respiración celular. Esto se debe a que el mamífero mantiene una temperatura constante que es más alta que la temperatura de los reptiles de sangre fría que tendrán una temperatura de 10 C. 12. Si la respiración en un mamífero pequeño se estudiara a temperatura ambiente tanto de 21 o C como de 10 o C, ¿cuál sería el resultado? ¿Podrías predecir? Explica tu razonamiento. La tasa de respiración celular sería más alta a 21 grados C porque la temperatura de 10 grados C podría hacer que la temperatura general del cuerpo del mamífero baje más. 13. Explique por qué el agua entró en las pipetas de los respirómetros. El agua se movió hacia las pipetas porque se consumía oxígeno y permitía que el agua se moviera solo parcialmente hacia la pipeta. 14. Diseñe un experimento para examinar las tasas de respiración celular en guisantes que han estado germinando durante 0, 24, 48 y 72 horas. ¿Qué resultados esperarías? ¿Por qué? Usaría el mismo formato usando respirómetros para medir la tasa de respiración celular de los guisantes. Los guisantes que habían estado germinando durante 72 horas tendrían una frecuencia respiratoria más alta porque tienen una mayor demanda de energía.

Conclusión:
El laboratorio demostró muchas cosas importantes relacionadas con la respiración celular. Demostró que las tasas de respiración celular son mayores en los guisantes en germinación que en los que no germinan. También mostró que la temperatura y las tasas de respiración son directamente proporcionales a medida que aumenta la temperatura, también aumentan las tasas de respiración. Debido a este hecho, los respirómetros colocados en el agua a 10 oC mostraron una tasa de respiración celular más baja que los respirómetros colocados en el agua a temperatura ambiente. Los guisantes que no germinaron consumieron mucho menos oxígeno que los guisantes que germinaron. Esto se debe a que, aunque los guisantes que germinan y los que no germinan están vivos, los guisantes en germinación requieren una mayor cantidad de oxígeno para ser consumidos para que la semilla continúe creciendo y sobreviviendo. En el laboratorio, el CO2 producido durante la respiración celular fue eliminado por el hidróxido de potasio (KOH) y creó carbonato de potasio (K2CO3). Era necesario eliminar el dióxido de carbono para que el cambio en el volumen de gas en el respirómetro fuera directamente proporcional a la cantidad de oxígeno consumido. El resultado fue una disminución en el volumen de gas dentro del tubo y una disminución relacionada en la presión en el tubo. El respirómetro con solo las perlas de vidrio sirvió como grupo de control que no experimentó respiración celular. Es posible que se hayan producido numerosos errores en todo el laboratorio. Es posible que se haya dejado fluctuar la temperatura de los baños, lo que cambiaría la temperatura de los viales. Las cantidades de guisantes, perlas, KOH y algodón pueden haber variado de un vial a otro. Es posible que se haya dejado que el aire ingrese al vial a través de un tapón con fugas o una pipeta mal sellada. Es posible que los viales no se hayan equilibrado correctamente y que los estudiantes hayan leído las pipetas demasiado pronto o demasiado tarde. Los estudiantes pueden haber leído mal las pipetas. El KOH podría haber entrado en contacto con los lados de los viales cuando se dejó caer sobre el algodón. Es posible que se hayan producido inexactitudes matemáticas al completar la tabla.


Laboratorio de experimentos

1. Se están probando cuatro proteínas (a, b, c y d). Los homogeneizados de células se preparan y se tratan con KCl 0,1 M, KCl 2 M, lipasa o TX-100 y luego se centrifugan. La presencia de las proteínas en el sobrenadante o en el sedimento se determina luego mediante inmunotransferencia. A partir de los resultados, se puede ver que algunas de las proteínas se recuperan en la fracción de gránulos en determinadas condiciones. ¿Qué está provocando que se peleen? ¿Qué puede suponer acerca de cada proteína en función de su comportamiento en las diferentes condiciones?

2. Predecir las propiedades de la bicapa lipídica que resultarían si se cumpliera lo siguiente:
A. Los fosfolípidos tenían solo una cadena de hidrocarburos en lugar de dos.
B. Las cadenas de hidrocarburos eran más cortas de lo normal, digamos unos 10 átomos de carbono de largo.
C. Todas las cadenas de hidrocarburos estaban insaturadas.
D. Todas las cadenas de hidrocarburos estaban saturadas.
E. La bicapa contenía una mezcla de dos tipos de moléculas lipídicas, una con dos colas de hidrocarburos saturados y la otra con dos colas de hidrocarburos insaturados.
F. Cada molécula de lípido se unió covalentemente a través del átomo de carbono final de una de sus cadenas de hidrocarburo a una molécula de lípido en la monocapa opuesta.

3. Las drogas a menudo no son tan específicas como cabría esperar. Un ejemplo es la citocolasina B. Aunque a menudo se usa como inhibidor de la motilidad basada en actina, también inhibe de manera potente la captación de D-glucosa en las células. Cuando los fantasmas de glóbulos rojos se incuban con 3H-citocolasina B y luego se irradian con luz ultravioleta, la citocolasina B se reticula covalentemente con GLUT1. Por el contrario, si el experimento se lleva a cabo en presencia de un exceso de D-glucosa, la citocolasina B no se reticula con GLUT1. Sin embargo, la adición de L-glucosa no bloquea la reticulación. ¿Por qué la D-glucosa, pero no la L-glucosa, previene la reticulación?
4. Ahora digamos que quieres ponerte elegante. Está tratando de demostrarle a su clase de Biología Celular un aspecto importante de la función GLUT1. Se microinyecta en células intactas una forma de citocolasina B que es impermeable a la PM. Esto llena las células. Cuando se irradian estas células en un tampón libre de glucosa, la citocolasina B no se reticula con GLUT1. Sin embargo, si agrega cantidades normales de glucosa al exterior de las células justo antes de la irradiación, la citocolasina se reticula con el GLUT1 como se observa en los fantasmas. ¿Qué principio estás demostrando y cómo?

1. ¿Cómo se logra la selectividad en el mecanismo de apertura del poro nuclear? Explica el mecanismo.

2. Para demostrar su comprensión de la & # 8220force & # 8221 responsable del transporte nuclear, su idea es lograr la importación de una carga que solo lleve una señal de exportación (NES) en un ensayo. A las células permeabilizadas se agrega la proteína NES fluorescente, su receptor de exportación y RanQ69L-GTP, una versión que tiene defectos de hidrólisis. ¡Observa la importación dependiente de Ran! Pero a diferencia de la acumulación del 100% observada para una proteína importada convencional con GTP, la concentración nuclear máxima alcanzada no es mayor que la concentración citoplasmática. ¿Por qué? ¿Y qué explica el 100% de acumulación de proteínas convencionales?

3. ¿Qué sucedería si los Ran de tipo salvaje fueran mutados a una forma que pueda unirse a GTP pero no hidrolizar GTP?

4. ¿Qué pasos experimentales tomaría para definir la secuencia exacta y la posición de una señal de importación nuclear en una proteína nuclear que descubrió?


una. permitir que los gases pasen entre el ratón y la cal sodada

B. evitar que el ratón entre en contacto con la cal sodada

C. evitar que el ratón entre en contacto con heces / orina / excrementos

una. más oxígeno en el aire inhalado que en el aire exhalado
O
el ratón usa oxígeno en la respiración

b. el dióxido de carbono exhalado / producido por el ratón es absorbido por la cal sodada

Se debe mencionar la fuente / mouse para marcar el punto b & ndash not just & ldquosoda-lime absorbe C02& rdquo.

C. La diferencia de volumen es el oxígeno utilizado por el ratón.
O
el volumen / concentración / presión de oxígeno en el frasco cae

D. & laquothis & raquo chupa el líquido de color por el tubo

mi. el volumen de oxígeno consumido es igual al aumento de volumen de agua coloreada en el tubo

una. oxígeno liberado durante la fotosíntesis

B. las plantas usan dióxido de carbono (liberado por respiración)

C. si el dióxido de carbono tiene una concentración demasiado baja, la fotosíntesis se eliminará / reducirá

D. da como resultado una medida inexacta / baja del oxígeno que se consume

mi. realizar un experimento en la oscuridad para evitar la fotosíntesis
O
Cubra la campana para excluir la luz y evitar la fotosíntesis.


Veamos cómo el cociente respiratorio depende de diferentes sustancias respiratorias.

El cociente respiratorio depende del tipo de sustrato respiratorio utilizado durante la respiración. Los diferentes sustratos respiratorios tienen diferentes números de átomos de carbono y oxígeno en sus moléculas. Por lo tanto, durante la respiración, la cantidad de dióxido de carbono desprendido por gramo de peso del sustrato también difiere. Los carbohidratos tienen igual cantidad de carbono y oxígeno en sus moléculas. Cuando se usan carbohidratos como sustrato, entonces el RQ será 1, porque se generan y consumen cantidades iguales de dióxido de carbono y oxígeno.

Las grasas y las proteínas contienen una menor cantidad de átomos de oxígeno que de carbono en sus moléculas. Cuando se utilizan grasas como sustrato en la respiración, el RQ es menor que 1 porque la cantidad de oxígeno utilizado es siempre mayor que la cantidad de dióxido de carbono liberado.

Por lo tanto, podemos estudiar la tasa de respiración para diferentes sustratos respiratorios calculando la cantidad de dióxido de carbono desprendido por g de peso del sustrato.


Laboratorio típico de respiración celular con respirómetro: ¿por qué es necesario el hidróxido de potasio (KOH)? - biología

Notas de biología escolar: respiración aeróbica y anaeróbica en plantas y animales

RESPIRACIÓN - respiración aeróbica y respiración anaeróbica en plantas, hongos y animales - deuda de oxígeno y acumulación de ácido láctico

Notas de revisión de biología escolar de Doc Brown: biología GCSE, biología IGCSE, biología de nivel O,

Cursos de ciencias escolares de los grados 8, 9 y 10 de EE. UU. O equivalentes para

Estudiantes de biología de 14-16 años

La respiración es el proceso de liberación de energía de los alimentos digeridos; por lo tanto, la respiración es un proceso exotérmico. La respiración transfiere la energía que la célula necesita para funcionar completamente. 'Aeróbico' significa 'con oxígeno' (generalmente en referencia a la respiración). 'Anaeróbico' significa 'sin oxígeno' (generalmente se refiere a la respiración).

Saber y comprender que la respiración en las células puede tener lugar de forma aeróbica o anaeróbica dependiendo de las condiciones y si la célula se encuentra en un animal, una planta, un hongo o una bacteria. Sepa y comprenda que la energía liberada en la respiración se utiliza de diversas formas. Sepa que el cuerpo humano necesita reaccionar al aumento de la demanda de energía durante el ejercicio. Debería poder utilizar sus habilidades, conocimientos y comprensión para interpretar los datos relacionados con los efectos del ejercicio en el cuerpo humano. Sepa cómo hacer un experimento de calorimetría simple para medir el contenido energético de un alimento.

Subíndice de esta página sobre respiración

Introducción a la respiración y su significado.

NO crea que la respiración es inhalar y exhalar.

La respiración es el proceso de transferir energía química para impulsar la química de las células de ALL al descomponer azúcares como la glucosa, aeróbicamente con oxígeno o anaeróbicamente sin oxígeno y, en general, el proceso es exotérmico, liberando energía.

La respiración anaeróbica o anaeróbica a veces se denomina respiración celular.

La respiración impulsa toda la bioquímica metabólica de todos los organismos vivos.

La química de la respiración es muy compleja, implica muchas reacciones y tiene lugar principalmente en el mitocondrias.

Las mitocondrias son conocidas como las centrales eléctricas de la célula..

Son orgánulos que actúan como un sistema digestivo en el sentido de que toman nutrientes, los descomponen y crean moléculas ricas en energía para la célula que pueden reaccionar con el oxígeno.

La respiración ocurre tanto en plantas como en animales y debe ser sucediendo continuamente para mantener vivo al organismo!

Glucosa, en las condiciones adecuadas, puede ser completamente oxidado para dióxido de carbono y agua.

Esto es análogo a quemar un combustible en una reacción de combustión, ¡pero mucho más lento y sin llama!

Esta es una reacción exotérmica y forma H2O y CO2 libera la máxima cantidad de energía química.

Los organismos no pueden sobrevivir sin la energía de la respiración y este proceso debe continuar. continuamente en cada célula de cualquier organismo vivo.

Las células de un organismo no pueden utilizar la energía directamente, pero una molécula llamada ATP (trifosfato de adenosina) y actúa como un almacén de energía potencial químico secundario.

La molécula de ATP puede entonces alimentar toda la química esencial, p. Ej. descomponer o sintetizar moléculas en el organismo de un organismo metabolismo (*), facilitando el transporte activo, la función de los órganos, incluido el trabajo de los músculos. (* El metabolismo son todas las reacciones químicas en un organismo)

Celular en general la respiración debe ser exotérmica, de lo contrario no habría liberación neta de energía. Entonces, eventualmente, hay una transferencia neta de energía al medio ambiente.

Una persona típica puede promediar una potencia de salida de más de 50 J / s, ¡aproximadamente lo mismo que una bombilla de 50 W!

Toda la química de la respiración está catalizada por el específico enzimas en celdas.

los tasa de respiración se ve afectado por el ambiente temperatura, pH de los fluidos celulares y los sistemas de transporte y la concentración de p. ej. azúcares y oxígeno.

Tenga en cuenta que estos son los tres factores que afectan la eficiencia de las reacciones controladas por enzimas, incluida la respiración.

los moléculas de sustrato requeridos para la respiración son generalmente azúcares como la glucosa, pero los productos de la respiración dependen de las condiciones, p. ambiente oxigenado o falta de oxígeno y si las células son animales, vegetales, hongos o bacterias.

Además de la glucosa, otros carbohidratos: azúcares, proteínas y ácidos grasos de los lípidos se pueden consumir en la respiración.

Esta página compara los procesos de respiración aeróbica y respiración anaeróbica - en plantas / hongos y animales y considera las diferentes condiciones, sustratos, productos y rendimientos relativos de ATP para las diferentes situaciones respiratorias.

Debe comprender que la respiración en las células puede tener lugar todo el tiempo de forma aeróbica o anaeróbica.

Debes saber y entender que la energía liberada en la respiración se utiliza de diversas formas para mantener la vida de cualquier organismo, p. ej.

- para construir moléculas más grandes a partir de otras más pequeñas por ejemplo, proteínas de aminoácidos (plantas y animales), almidón de glucosa (plantas), celulosa de glucosa (plantas),

- las plantas utilizan azúcares, nitratos y otros nutrientes para hacer sus propios aminoácidos luego se construyen en proteinas,

- los animales no pueden hacer esto, p. ej. necesitamos ingerir proteínas, descomponerlas en pequeños aminoácidos y reconstruirlas a nuestras proteínas requeridas y todos estos procesos necesitan energía química,

- en los animales, el exceso de proteína se descompone en urea, un producto de desecho que se excreta en la orina.

- grasas en plantas y animales están hechos de glicerol y tres moléculas de ácidos grasos de cadena larga, que se convierten en reservas de energía o partes estructurales de ciertos tejidos.

- los organismos requieren energía de la respiración para la división celular

- los animales necesitan energía para permitir músculos para contraerse y relajarse, por ejemplo, para mover las extremidades y moverse; es por eso que las células musculares tienen muchas mitocondrias,

- en mamíferos y aves, cualquier exceso de energía térmica se usa para mantener una temperatura corporal cálida constante en entornos más fríos (termorregulación), dejamos de funcionar lentamente si nos ponemos demasiado calientes o demasiado fríos,

- también apreciar que el cuerpo humano necesita reaccionar ante cualquier aumento de la demanda de energía, p. durante el ejercicio vigoroso, por lo que se descompondrá más glucosa en la respiración,

- la energía de la respiración es necesaria para ayudar a mantener un entorno constante en el organismo, p. ej. niveles de agua (osmorregulación), niveles de oxígeno, eliminación de productos de desecho y no solo temperatura,

- se necesita energía para transportar materiales (nutrientes o productos de desecho) alrededor de una planta multicelular u organismo animal, particularmente con transporte activo donde se necesita energía extra para mover moléculas contra el gradiente de difusión natural,

- las plantas necesitan mover nutrientes como iones minerales desde el soli hacia las raíces y hacia el resto de la planta, también necesitan energía para otras funciones como abrir y cerrar los estomas en las hojas.

Todos estos ejemplos son parte de la química del metabolismo de un organismo.

Ver Enzimas: estructura y funciones notas para ejemplos de química metabólica

Fuentes de moléculas de sustrato para la respiración.

Las plantas son productoras y producen su propia glucosa para la respiración a partir de la fotosíntesis.

Los animales son consumidores y tienen que producir glucosa al descomponer la biomasa de los organismos: alimentos que comen, p. Ej. descomponer los carbohidratos como el almidón.

Hay dos tipos de respiración: aerobio (con mucho oxígeno) y anaeróbico (con poco oxígeno, si es que lo hay)

La respiración es un proceso continuo en todos los organismos para liberar energía química de los alimentos, un almacén de energía química:

Respiración aeróbica en animales

Respiración aeróbica necesidades los azúcar de digerir carbohidratos y oxígeno a través del aire aspirado / absorbido por el organismo, y de los pulmones transportados por el cuerpo por glóbulos rojos especializados en el caso de muchos animales.

La respiración aeróbica que utiliza oxígeno tiene lugar en células animales y vegetales y también en muchos microorganismos.

Necesita mucho oxígeno para la respiración aeróbica: condiciones oxigenadas del gas de oxígeno disuelto libre.

La mayoría de las reacciones de la respiración aeróbica en eucariotas (planta o animal) tienen lugar dentro de las estructuras subcelulares llamadas el mitocondrias de células. Las mitocondrias contienen todas las enzimas necesarias para la respiración.

En microorganismos como bacterias, células procariotas, la química de la respiración aeróbica ocurre en el citoplasma.

La molécula de 'combustible' inicial para la respiración es a menudo la molécula de tipo azúcar llamada glucosa.

La glucosa se produce al descomponer los alimentos, p. carbohidratos como almidón de o de reservas de moléculas de glucógeno en animales. Las plantas pueden usar glucosa directamente de la fotosíntesis.

La muy compleja bioquímica general de la respiración aeróbica se puede resumir como:

glucosa + oxígeno === & gt dióxido de carbono + agua + energía

C6H12O6 (aq) + 6O2 (g) === & gt 6CO2 (g) + 6H2O(l) + energía

La energía se libera en cada etapa del proceso de respiración.

Los pasos iniciales de la respiración ocurren en el citoplasma de las células, pero la mayoría de las transferencias de energía química ocurren en las mitocondrias, los orgánulos de la "fábrica" ​​química.

(Tenga en cuenta que la respiración aeróbica es la opuesto a la fotosíntesis)

La glucosa finalmente se oxida por completo a los productos de desecho - dióxido de carbono y agua - pero a través de muchas reacciones químicas complicadas y ¡produciendo 32 moléculas de ATP por molécula de glucosa!

La mayoría de las veces, está utilizando este tipo de respiración aeróbica y el experimento simple (ilustrado a la derecha) muestra una simple prueba de agua de cal para la presencia de dióxido de carbono en el aire que exhala: la presencia de dióxido de carbono se muestra mediante la aparición de un precipitado blanco ("lechosa").

La liberación de energía real tiene lugar a través de un ciclo bioquímico muy complejo que involucra ADP (difosfato de adenosina) y su conversión en ATP (trifosfato de adenosina) que es la molécula que realmente suministra la energía química para alimentar la mayor parte de la química de cualquier célula.

Cuanto más ATP se produce, mayor es el suministro de energía disponible.

La respiración aeróbica puede producir más de 32 moléculas de ATP por molécula de glucosa.

Conozca y comprenda las reacciones químicas dentro de las células que están controladas por enzimas.

Su cuerpo, por lo tanto, sus sistemas enzimáticos, responderá a sus necesidades, p. Ej. cuando usa los músculos para hacer trabajo o ejercicio físico.

Saber y comprender que durante la respiración aeróbica (respiración que utiliza oxígeno) se producen reacciones químicas que:

producir energía útil se libera para "potenciar" la química celular.

Saber y comprender que la respiración aeróbica se produce de forma continua tanto en plantas como en animales.

Saber y comprender que el organismo utiliza la energía que se libera durante la respiración.

Sepa que la energía se puede utilizar en las células:

para construir moléculas más grandes a partir de otras más pequeñas, por ejemplo, proteínas a partir de aminoácidos,

en animales, para permitir que los músculos se contraigan y relajen, por ejemplo, para mover las extremidades y moverse,

en mamíferos y aves, para mantener una temperatura corporal estable en entornos más fríos, dejamos de funcionar lentamente si llegamos a hacer demasiado calor o demasiado frío.

en las plantas, para acumularse a partir de azúcares, nitratos y otros nutrientes, aminoácidos que luego se construyen en proteínas; los animales no pueden hacer esto, necesitamos ingerir proteínas, descomponerlas y convertirlas en nuestras proteínas requeridas.

Sepa y comprenda que durante el ejercicio se producen una serie de cambios en su cuerpo:

cuanto más use sus músculos, más oxígeno necesitará para respirar

la frecuencia cardíaca aumenta, cuanto más, más vigoroso es el ejercicio, y se necesitan aún más oxígeno y glucosa

la frecuencia y la profundidad de la respiración aumentan para aumentar la ingesta de oxígeno.

Sepa y comprenda que estos cambios aumentan el flujo sanguíneo a los músculos y, por lo tanto, aumentan el suministro de azúcar y oxígeno para obtener energía de la respiración y también aumentan la tasa de eliminación de dióxido de carbono, el producto de desecho.

Sepa y comprenda que los músculos almacenan glucosa como glucógeno, que luego se puede convertir nuevamente en glucosa para usar durante el ejercicio.

El glucógeno se produce, almacena y luego se libera para su conversión en glucosa según la oferta y la demanda.

Si hay un exceso de glucosa y la actividad física es baja, se produce más glucógeno.

Cuanto más ejercicio físico haga, mayor será la demanda de glucosa, si esta excede lo que está disponible en el torrente sanguíneo, entonces el Las reservas de glucógeno se utilizan para llenar el vacío energético..

Resumen de puntos importantes sobre la respiración aeróbica

Ser capaz de explicar por qué la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria aumentan con el ejercicio.

Todas las reacciones químicas dentro de las células están controladas por enzimas.

Su cuerpo, por lo tanto, sus sistemas enzimáticos, responderán a sus necesidades, p. Ej. cuando usa los músculos para hacer trabajo o ejercicio físico.

Como se dijo, durante la respiración aeróbica (respiración que usa oxígeno) ocurren reacciones químicas que usan glucosa (un azúcar) y oxígeno.

El azúcar proviene de la digestión de carbohidratos y oxígeno a través del aire que se inhala y de los pulmones transportados por el cuerpo por glóbulos rojos especializados.

La respiración produce energía útil que se libera para 'potenciar' la química celular.

Durante el ejercicio, se producen una serie de cambios en su cuerpo.

Cuanto más use sus músculos, más oxígeno necesitará para respirar

La frecuencia cardíaca aumenta, cuanto más fuerte es el ejercicio, y se necesitan aún más oxígeno y glucosa, por lo que la frecuencia y la profundidad de la respiración aumentan, para aumentar la ingesta de oxígeno.

El ejercicio aeróbico regular puede reducir el riesgo de contraer algunas enfermedades no transmisibles.

Ver el Mantenerse saludable: dieta y ejercicio notas de revisión de biología de gcse

Experimentos: medir la frecuencia del pulso: una medida simple de la frecuencia respiratoria.

Puede medir su frecuencia cardíaca con bastante facilidad, p. Ej. coloque dos dedos en la parte posterior de la muñeca y mida el número de pulsos en un minuto, p. ej. con un cronómetro digital o su aplicación de iphone, etc.

Puedes hacer esto como ejercicio simple de tarea!

O como ejercicio de clase en un buen día, o cualquier día en el gimnasio, y promedie los resultados de la clase, lo que brinda una gama más amplia de personas y un conjunto de datos más precisos.

¡Use calzado apropiado y asegúrese de que toda la clase haga el mismo ejercicio!

Registre su pulso después, haga los siguientes tipos de ejercicio durante 5 minutos a la vez:

1. Sentarse tranquilamente 2. Caminar a su ritmo normal 3. Trotar lentamente 4. Correr

Para una mayor precisión estadística ('mejor valor'), debe repetir el experimento varias veces para obtener cuatro frecuencias de pulso promedio.

También puede analizar el promedio de la clase.

Puede presentar los resultados como un gráfico de barras simple: pulso promedio de 1 a 4.

Después de permitir un tiempo de descanso adicional entre cada actividad, debería encontrar que su frecuencia cardíaca aumenta de 1. a 4. porque su frecuencia respiratoria está aumentando y necesita un aumento en la tasa de transferencia de oxígeno a sus células y, al mismo tiempo, eliminar el dióxido de carbono residual. también.

Más vigorosos los cambios de ejercicio aumentan su frecuencia cardíaca, por lo tanto, el flujo de sangre a los músculos y para aumentar el suministro de azúcar y oxígeno para la energía de la respiración y también aumenta la tasa de eliminación de dióxido de carbono, el producto de desecho.

Su frecuencia respiratoria (ventilación) aumenta para satisfacer las mayores demandas de la frecuencia respiratoria aeróbica.

La respiración aeróbica tiene lugar continuamente tanto en plantas como en animales y la mayoría de las reacciones en la respiración aeróbica tienen lugar dentro de las mitocondrias de las células.

En las plantas verdes, a la luz del día la tasa de fotosíntesis superará a la de la respiración, pero de noche o con niveles muy bajos de luz, la tasa de respiración superará a la de la fotosíntesis, de lo contrario la planta moriría.

Al anochecer o al amanecer, con poca luz, las tasas de fotosíntesis y respiración son similares.

Puedes usar un ejemplo de planta para mostrar que la energía térmica se libera en la respiración (aeróbico o anaeróbico en organismos vivos).

Se ilustra un experimento de este tipo para mostrar que los guisantes o frijoles en germinación liberan energía mediante la respiración aeróbica (diagrama de la derecha).

Se remoja un lote de guisantes / frijoles durante al menos 24 horas para que germinen; busque pequeños brotes / brotes. Otro lote se hierve para matar las enzimas que catalizan la respiración, matando efectivamente los guisantes / frijoles. (el 'control' para una prueba justa).

Cada lote se coloca en un termo (frasco de vacío) sobre un algodón húmedo; se deja espacio para el suministro de aire a los guisantes / frijoles.

Se coloca un termómetro en cada matraz y el cuello se sella con un tapón de algodón; ambos matraces deben mantenerse en las mismas condiciones de temperatura de laboratorio durante una semana.

Cualquier calor liberado producirá un aumento de temperatura. Si registra la temperatura todos los días, encontrará que el frasco de guisantes / frijoles en germinación mostrará un aumento de temperatura, debido a la liberación de energía térmica por respiración.

El frasco de control de guisantes / frijoles hervidos no debe mostrar un aumento de temperatura.

Puede hacer un experimento similar con los guisantes o frijoles hervidos (muertos) y sin hervir (germinados en remojo durante 24 horas). para mostrar la formación de dióxido de carbono (respiración aeróbica) en organismos vivos que respiran). - el experimento simple se ilustra a continuación usando germinación de guisantes o frijoles y guisantes / frijoles muertos.

El dióxido de carbono es un gas ligeramente ácido. Si el dióxido de carbono se disuelve en el rojo solución indicadora de hidrogenocarbonato, la convierte amarillo. La solución indicadora contiene una sal disuelta, hidrogenocarbonato de sodio y un indicador de pH de color que ve en sus lecciones de química: el dióxido de carbono reduce el pH del agua.

Los guisantes / frijoles se suspenden en una gasa o una capa de algodón sobre una solución indicadora de hidrogenocarbonato en tubos de ebullición; los tubos de ebullición se sellan con tapones para evitar que entre el dióxido de carbono del aire.

Dejas el par de tubos hirviendo durante una hora.

Izquierda: Los guisantes / frijoles en germinación están respirando y emiten dióxido de carbono y la solución indicadora se vuelve amarilla.

Derecha: En el tubo de ebullición de control, los guisantes / frijoles muertos no pueden respirar (enzimas muertas) y no ve ningún cambio en el color del indicador porque no se formó dióxido de carbono.

Puede hacer este experimento con animales como cochinillas o gusanos, usando perlas de vidrio en el tubo de control - NO animales muertos y los animales vivos no deben mantenerse por mucho tiempo para quedarse sin oxígeno y morir - puntos éticos.

Puede comparar las tasas de respiración de diferentes animales, pero es un experimento bastante burdo: supongo que podría pesar masas iguales del animal en los tubos de ebullición.

Respiración anaeróbica en animales y deuda de oxígeno

Al hacer ejercicio vigoroso, su cuerpo no puede suministrar suficiente oxígeno a sus músculos para una respiración 100% aeróbica.

Si hay un falta de oxígeno ('anaeróbico' significa 'sin oxígeno') no se puede oxidar el azúcar de glucosa por completo, como en el caso de la respiración aeróbica; la ecuación muy simplificada para la descomposición incompleta de la glucosa es:

glucosa === & gt ácido láctico + energía

C6H12O6 === & gt 2C3H6O3 + energía

(la estructura del ácido láctico es CH3CH (OH) COOH, un ácido carboxílico con un grupo alcohol)

Esta reacción anaeróbica solo parcialmente descompone la glucosa en ácido láctico en animales y algunas bacterias.

Nota

(i) El producto de desecho es ácido láctico, no dióxido de carbono y agua, como en la respiración aeróbica.

(ii) Los productos son diferentes en plantas y algunos microorganismos (ver la siguiente sección).

Esto no es tan eficiente como la respiración aeróbica y se forma considerablemente menos ATP, reduciendo el suministro potencial de energía.

Solo produce 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa. (mucho menos de 1/10 de ATP de la respiración aeróbica).

PERO, permite que las células sigan funcionando si hay falta de oxígeno y Se puede liberar suficiente energía para mantener viva una célula.!

Un proceso mucho menos eficiente de transferir energía desde el almacén de energía química de la glucosa.

La respiración anaeróbica tiene lugar en el citoplasma de las células vegetales y animales y en algunos microorganismos, p. Ej.

(a) En las células humanas, cuando haces ejercicio vigoroso, tu cuerpo no puede suministrar suficiente oxígeno, por lo que las células también utilizan la respiración anaeróbica.

(b) Si las células de las raíces de las plantas crecen en un suelo anegado, hay poco oxígeno disponible, por lo que deben respirar aeróbicamente.

(c) Si las células bacterianas se meten debajo de la piel donde hay poco oxígeno, aún pueden sobrevivir mediante la respiración anaeróbica.

En los animales, si la actividad física es intensa y prolongada se obtiene el 'obstáculo'dolores debido a la acumulación de ácido láctico, que puede ser doloroso cuando la respiración anaeróbica se activa debido a la falta de oxígeno.

Con la respiración anaeróbica se produce la acumulación de ácido láctico en los músculos porque es bioquímicamente más difícil de oxidar y liberar energía.

Como la respiración anaeróbica produce un acumulación de ácido láctico en los músculos, también obtienes un deuda de oxígeno en los músculos que pueden ser dolorosos, p. ej. sufre de "calambres".

Sin embargo, la respiración anaeróbica tiene la ventaja de permitir que el cuerpo siga funcionando durante un tiempo limitado, incluso si le falta un poco de oxígeno.!

Esto puede ser importante en una situación de emergencia cuando necesite usar sus músculos más de lo previsto.

Conocer y comprender los resultados de la respiración anaeróbica en un deuda de oxígeno que debe reembolsarse para oxidar el ácido láctico en dióxido de carbono y agua.

Sepa y comprenda que si los músculos se someten a periodos prolongados de actividad vigorosa, se fatigan, es decir, dejan de contraerse eficazmente.

Cuanto más vigoroso es el ejercicio, más energía necesita y necesita aumentar su frecuencia respiratoria..

Necesita respirar a un ritmo más rápido y tomar mayores volúmenes de aire para obtener el oxígeno necesario para mantener este aumento en el ritmo respiratorio.

Su frecuencia cardíaca aumenta para llevar la sangre oxigenada a sus músculos y, al mismo tiempo, eliminar el dióxido de carbono de manera eficiente.

Cuando tu el ejercicio es realmente vigoroso hay no hay suficiente oxígeno para la respiración aeróbica tu cuerpo responde usando respiración anaeróbica también.

Sin embargo, la respiración anaeróbica es no tan eficiente energéticamente en la transferencia de energía como respiración aeróbica y si el ejercicio se prolonga se vuelve fatigado.

Sepa que una de las causas de la fatiga muscular es la acumulación de ácido láctico en los músculos debido a la respiración anaeróbica, aunque la sangre que fluye a través de los músculos elimina el ácido láctico, el oxígeno se usa para oxidar el ácido láctico en dióxido de carbono y agua.

El ejercicio aeróbico regular puede reducir el riesgo de contraer algunas enfermedades no transmisibles.

Ver el Mantenerse saludable: dieta y ejercicio notas de revisión de biología de gcse

Más sobre la deuda de oxígeno y la acumulación de ácido láctico

Durante el ejercicio vigoroso, el corazón, los pulmones y los músculos de las extremidades comienzan a luchar para mantenerse al día con lo que desea que haga su cuerpo (fatiga), pero puede mantener sus músculos funcionando por más tiempo usando Respiración anaerobica, al menos hasta un punto de fatiga total, ¡como cuando se tambalea sobre la línea al final de un maratón!

Respiración anaerobica: glucosa === & gt ácido láctico + energía

Desafortunadamente, cuando su cuerpo comienza a utilizar la respiración anaeróbica, está acumulando ácido láctico ydeuda de oxígeno'.

La deuda de oxígeno es la cantidad de oxígeno que su cuerpo necesita para reaccionar con la acumulación de ácido láctico en las células y eliminarlo. por oxidación a dióxido de carbono y agua (como sucede con la respiración aeróbica de glucosa) y reemplazar la reserva de oxígeno del cuerpo en el torrente sanguíneo y las células.

Esto resulta en fatiga muscular y deja de contraerse de manera eficiente.

Esto significa que su cuerpo debe ser recompensado con el oxígeno que los músculos no obtuvieron para una respiración aeróbica completa: sus pulmones, frecuencia cardíaca y torrente sanguíneo no pudieron satisfacer las demandas de la respiración aeróbica.

El cuerpo tiene una baja tolerancia al ácido láctico, que debe eliminarse.

El ácido láctico se lleva al hígado a través de la sangre y se oxida completamente a dióxido de carbono y agua o se convierte de nuevo en glucosa y luego en glucógeno, pero esto lleva tiempo y necesita oxigeno!

Esto significa que, incluso cuando dejas de hacer un ejercicio vigoroso, tienes que seguir respirando profundamente para pagar esta deuda de oxígeno, transferir oxígeno a las células y oxidar el ácido láctico que contienen a los productos de desecho inofensivos de dióxido de carbono y agua.

Pagar la deuda de oxígeno puede tardar horas en completarse e incluso días después de correr un maratón.

Siempre que su cuerpo detecte niveles más altos de lo normal de dióxido de carbono o ácido láctico, su frecuencia respiratoria y pulso se mantendrá más alto de lo normal hasta que sus niveles se reduzcan a la normalidad, es decir, cuando todo el exceso de ácido láctico se haya oxidado a dióxido de carbono y agua.

Nota: Su cuerpo tiene otra forma de reducir los altos niveles de ácido láctico y dióxido de carbono.

El flujo sanguíneo a través de los músculos transporta el ácido láctico al hígado, donde se convierte de nuevo en glucosa; químicamente es la reacción opuesta a la respiración anaeróbica.

El ejercicio aeróbico regular puede reducir el riesgo de contraer algunas enfermedades no transmisibles.

Ver el Mantenerse saludable: dieta y ejercicio notas de revisión de biología de gcse

Las plantas respiran aeróbicamente, pero también anaeróbicamente también.

Nuevamente, como en el caso de los animales, si hay una falta de oxígeno ('condiciones anaeróbicas'), no se puede oxidar completamente el azúcar de glucosa, como en el caso de la respiración aeróbica, pero en plantas y células de levadura el producto no lo es. ácido láctico, pero etanol ('alcohol') y dióxido de carbono!

El etanol ('alcohol') es un subproducto del proceso de respiración.

Así es como se hacen las bebidas a base de alcohol: levadura + líquido azucarado == & gt ¡respiración anaeróbica!

La respiración anaeróbica ocurre en el citoplasma de células.

De nuevo, esto es no es tan eficiente como la respiración aeróbica y se forma menos ATP, reduciendo el suministro potencial de energía.

Notas: La fermentación en bacterias produce ácido láctico, al igual que la respiración anaeróbica en animales.

La fermentación con levadura es muy utilizada en la industria alimentaria y de bebidas..

La levadura se utiliza en productos de panadería como el pan, donde la evolución del dióxido de carbono da lugar a una acción de "ascenso".

La fermentación del azúcar con levadura se utiliza para elaborar bebidas alcohólicas como cervezas y vinos.

La reacción de fermentación produce el 'alcohol' (etanol, C2H5OH) y el gas de dióxido de carbono disuelto produce el 'burbujeo' o 'espuma'.

La cerveza se elabora mezclando cebada malteada y lúpulo con levadura en cubas grandes.

Las células de levadura se dividen rápidamente y consumen el oxígeno presente y recurren a la respiración anaeróbica.

en otras palabras, las células de levadura pueden cambiar de respiración aeróbica a respiración anaeróbica dependiendo de las condiciones.

la respiración anaeróbica en células de levadura y otros microorganismos se conoce como fermentación.

Bajo ciertas condiciones, las plantas tienen que cambiar de respiración aeróbica a respiración anaeróbica.

Entonces, ciertas células vegetales pueden usar la fermentación 'alcohólica' para producir y liberar energía química para impulsar todos los procesos celulares necesarios.

p.ej. circunstancias en las que hay poco oxígeno en el entorno inmediato.

Subterráneo, células de la raíz Respirar anaeróbicamente, si las plantas crecen en condiciones de suelo anegadas.

El arroz se cultiva en áreas inundadas llamadas arrozales y hay poco oxígeno en el suelo anegado.

Las células de la raíz de arroz pueden respirar mediante respiración anaeróbica, pero los productos son etanol y dióxido de carbono.

glucosa === & gt etanol ('alcohol') + dióxido de carbono + energía

Pero el etanol es una sustancia química venenosa, por lo que las células de la raíz del arroz deben tener una alta tolerancia para que las plantas de arroz crezcan y maduren.

Plantas que crecen en tierras pantanosas donde el suelo empapado y el agua contienen poco oxígeno.

Los granos de polen también pueden usar la respiración anaeróbica para mantener sus funciones celulares y convertirse en una planta joven y saludable.

Una comparación de la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica en plantas y animales.

En los organismos procariotas, la respiración aeróbica tiene lugar en el citoplasma.

En los organismos eucariotas, la respiración aeróbica tiene lugar en las mitocondrias de las células.

La respiración anaeróbica tiene lugar en el citoplasma de las células vegetales, células animales y algunos microorganismos.

Similitudes y diferencias Aerobio respiración Anaeróbico respiración
Condiciones O xygen necesario, ¡podemos ejercitarnos normalmente! Poco oxigeno presente debido a, por ejemplo, ejercicio vigoroso en un animal u organismos en suelos anegados.
Sustrato entradas Glucosa u otro azúcar o cualquier molécula orgánica como un ácido graso o una molécula de proteína que pueda oxidarse por completo. Glucosa u otro azúcar o cualquier molécula orgánica como un ácido graso o una molécula de proteína que pueda oxidarse parcialmente.
Producto salidas Dióxido de carbono y agua. En animales y algunas bacterias es ácido láctico. En las plantas, y algunos microorganismos como la levadura, los productos son etanol y dióxido de carbono.
Rendimiento de ATP Elevado p.ej. 30 a 38 moléculas de ATP por molécula de glucosa. Bajo p.ej. 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa (15-19 veces menos que con la respiración aeróbica).

Experimento para investigar la tasa de respiración anaeróbica de la levadura

Puede investigar la tasa de respiración anaeróbica de las células de levadura utilizando un sustrato de azúcar.

Investigando la química de la respiración anaeróbica de las células de levadura

Si comienza con sacarosa, la enzima invertasa hidroliza la sacarosa y la descompone en glucosa y fructosa.

sacarosa + agua == enzima invertasa == & gt glucosa + fructosa

C12H22O11 + H2O === & gt C6H12O6 + C6H12O6

La reacción de fermentación anaeróbica real es.

glucosa / fructosa (azúcar) == enzima zimasa == & gt etanol + dióxido de carbono

Puede seguir la velocidad de la reacción midiendo el volumen de dióxido de carbono formado.

Procedimiento experimental y análisis de resultados

Con un baño termostatizado puede investigar el efecto de la temperatura sobre la fermentación.

Debe mantener constante la concentración de la mezcla de azúcar más levadura: volúmenes fijos de soluciones madre preparadas previamente de la suspensión de azúcar o levadura.

Puede comenzar a 20 o C y repetir los experimentos varias veces para cada temperatura, y luego aumentar la temperatura en 5 o C a la vez para ver el efecto.

Puede medir la tasa de respiración en términos de la tasa de evolución de gas, p. Ej. cm 3 CO2/ min.

Utilizando el aparato anterior, o el que se describe a continuación (jeringa de gas) se puede medir la tasa de respiración con diferentes sustratos Y, para un sustrato fijo, el efecto de cambiar su concentración a temperatura constante y concentración constante de enzima.

Si burbujea el gas de la mezcla de reacción a través de un Agua de lima obtienes un precipitado blanco ('lechosidad'), una prueba positiva de dióxido de carbono de la respiración anaeróbica de la levadura.

Obtienes exactamente el mismo resultado si soplas parte de tu aliento expulsado a través de agua de cal, el mismo dióxido de carbono de tu respiración aeróbica.

Puede utilizar un sistema de jeringa de gas para realizar experimentos más precisos.

Al hacer los experimentos a temperatura ambiente constante, puede mantener constante la concentración de levadura y variar la concentración de azúcar O puede variar el azúcar de sustrato (pero manteniendo constante la concentración de azúcar).

Resultados gráficos típicos que puede obtener basándose en un índice de evolución de dióxido de carbono, p. ej. cm 3 CO2/minuto.

Un experimento para medir la tasa de respiración aeróbica de cochinillas usando un respirómetro.

Esto describe cómo investigar el tasa de respiración de organismos pequeños como cochinillas midiendo su tasa de absorción de oxígeno que se utiliza en el metabolismo de los organismos.

A respirómetro es un dispositivo diseñado para medir la tasa de consumo de oxígeno por un organismo vivo.

los tasa de agotamiento de oxígeno en el aire, p. ej. cm 3 / min por volumen de gas o mm / min en alguna escala se toma como un medida de la frecuencia respiratoria.

También puede utilizar guisantes en germinación o frijoles en germinación para investigar el efecto de la temperatura en la velocidad de su respiración.

Las semillas en germinación necesitan respirar para proporcionar energía para crecer y convertirse en la planta.

La configuración experimental: un sistema de respirómetro

Se coloca un tubo de ebullición en un baño de agua con termostato para controlar la temperatura del experimento; debe usar un termómetro para controlar con precisión la temperatura del agua. Una jeringa que contiene aire y un manómetro están conectados a través de un tubo de vidrio a través de un tapón de goma al tubo de ebullición. Junto con la cal sodada, esta configuración se llama respirómetro.

Un manómetro es un dispositivo para medir presiones. Un manómetro simple común consiste en un tubo de vidrio en forma de U lleno de un poco de líquido, en este caso agua coloreada, NO mercurio venenoso. Se coloca una regla de escala entre los brazos del tubo en U para que la diferencia de alturas del líquido se pueda medir en ambos brazos.

La jeringa se usa para ajustar el nivel del líquido en el manómetro y refrescar el aire entre experimentos.

En la parte inferior del tubo de ebullición. refresco de limón los gránulos se colocan en absorber dióxido de carbono emitido por la cochinilla que respira. Encima de la cal sodada hay un trozo de algodón para evitar el contacto con los piojos de la madera; la cal sodada fuertemente alcalina los dañaría, un punto ético cuando se utilizan animales vivos en experimentos.

Las cochinillas vivas se colocan con cuidado sobre el algodón y el resto del aparato del respirómetro se ensambla cuidadosamente de modo que el tubo de ebullición esté vertical en el baño de agua.

Notas experimentales

Nota 1: La reducción de volumen muestra que se está eliminando un gas del aire y que ese gas es oxígeno. No habría ningún cambio de volumen sin la cal sodada: el volumen de CO2 formado equivaldría al volumen de O2 usó. Pero, dado que la cal sodada elimina el dióxido de carbono emitido por la respiración del organismo, no hay confusión de que la reducción del volumen de gas se deba a la absorción de oxígeno por la respiración y el líquido en el manómetro se mueve hacia el organismo que respira en el tubo de ensayo.

Nota 2: La extremidad derecha del manómetro se puede conectar a un segundo tubo de ensayo de control configurado de la misma manera que el tubo de ensayo de organismos que respiran. Este tubo de ensayo está conectado al manómetro y se coloca un grifo en lugar de la jeringa. Un tubo de ensayo de control ayuda a verificar que el movimiento del líquido en el manómetro sea solamente causado por la respiración del organismo.

Nota 3: En lugar de gránulos de cal sodada, puede utilizar algodón empapado en una solución concentrada de un álcali, p. Ej. hidróxido de sodio o hidróxido de potasio.

Procedimiento de investigación

(a) El baño de agua y el tubo de ebullición sin trozos de madera en el tubo de ebullición se dejan durante un tiempo breve hasta que la temperatura del baño de agua se haya estabilizado a la temperatura de inicio deseada, p. ej. 20 o C.

(b) Las cochinillas se colocan rápidamente en el tubo de ebullición, conecte todo como se muestra en el diagrama.

(c) La jeringa se utiliza para igualar los niveles de líquido en el manómetro, preferiblemente con una diferencia de altura cero (R1 = 0).

R1 no tiene que ser cero siempre que lea cuidadosamente y registre las lecturas en ambas ramas del manómetro al comienzo y al final del experimento de respiración.

(d) Deje que las cochinillas respiren durante un tiempo determinado.

A medida que respiran y consumen oxígeno, se produce dióxido de carbono, que es absorbido por la cal sodada, disminuyendo el volumen de aire.

(e) A medida que el volumen de aire disminuye, temporalmente reduce la presión en el tubo de ebullición que contiene el organismo que respira, por lo tanto, para mantener la constante presión externa ('prueba justa'), el líquido sube por la rama izquierda del manómetro de tubo en U.

(f) Después de un tiempo establecido, lee los dos niveles para determinar R2 (lectura izquierda - lectura derecha en el tubo en U).

La distancia total recorrida por el líquido = la diferencia entre las dos lecturas, R2 - R1, y esto le da una medida relativa de la frecuencia respiratoria.

(técnicamente, no importa si R1 no es cero al principio, siempre que reste la lectura diferencial inicial R1 de R2, obtendrá el cambio numérico real deseado).

(g) A continuación, repite (a) af) con la misma madera, a temperaturas más altas subiendo 5 o en el tiempo hasta 50 o C.

Necesita reponer el aire en el tubo de ensayo y mover el líquido del manómetro hacia abajo y lejos del tubo de ensayo.

Cuanto mayor sea la tasa de movimiento del líquido de color en el termómetro, mayor será la tasa de respiración

Notas experimentales adicionales:

En teoría, debido a que la jeringa también está calibrada, el "émbolo" de la jeringa se puede presionar con cuidado para devolver los niveles de líquido del manómetro a sus lecturas originales.

El volumen de oxígeno utilizado = volumen final de la jeringa - volumen inicial de la jeringa (por ejemplo, en cm 3).

Esto le permite calcular la tasa de respiración de las cochinillas en cm 3 / min.

O, puede usar las lecturas de nivel del manómetro como una medida relativa de la respiración, por ejemplo. mm / min.

Las cochinillas no deben usarse a temperaturas lo suficientemente altas como para que mueran.

Las cochinillas no deben dejarse en el respirómetro demasiado tiempo para que se queden sin oxígeno y mueran.

Después del experimento, deben ser devueltos a su hábitat exterior natural.

Se debe permitir que la madera entre en contacto con la cal sodada o cualquier otro químico dañino usado para absorber el dióxido de carbono.

Resultados, análisis y conclusiones

Como se describió anteriormente, el La tasa relativa de respiración se mide como la tasa de consumo de oxígeno en mm / min o cm 3 / min..

A partir de su tabla de datos de resultados, puede trazar un gráfico de la frecuencia respiratoria frente a la temperatura.

Debería encontrar inicialmente que las tasas aumentan, pasa por un óptimo en

35-40 o C y luego disminuye. constantemente a medida que aumenta la temperatura.

Este es típico del comportamiento de reacciones controladas por enzimas - que incluye la química metabólica de la respiración.

Inicialmente, como con cualquier reacción química, la velocidad aumenta con el aumento de temperatura.

Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, las enzimas se desnaturalizan y la tasa de respiración disminuirá y el organismo resultará dañado.

Esto no es aceptable, no es ético, por lo que no debe elevar demasiado la temperatura y obtener solo la primera mitad del gráfico anterior.

Sin embargo, no hay ninguna razón por la que no pueda hacer experimentos a temperaturas más altas con semillas que respiran y ver si puede obtener una imagen gráfica completa de las tasas de respiración frente a la temperatura.

Su trabajo práctico para desarrollar sus habilidades y comprensión puede haber incluido lo siguiente:

Investigar la tasa de respiración en levaduras usando sensores de dióxido de carbono y registradores de datos (ver arriba).

Investigar el efecto del ejercicio en la frecuencia del pulso, ya sea físicamente o usando sensores de pulso y registradores de datos,

La frecuencia respiratoria se puede medir contando sus respiraciones por minuto.

Su frecuencia cardíaca se puede medir tomando su frecuencia cardíaca (frecuencia cardíaca en latidos / minuto)

Puede medir su frecuencia respiratoria constante y normal y la frecuencia del pulso.

Luego haga un ejercicio vigoroso por ej. 5 minutos.

Luego, descanse y vuelva a medir su frecuencia respiratoria y la frecuencia del pulso a intervalos de tiempo regulares durante, digamos, 10 o 15 minutos.

Esto le permite ver cómo su cuerpo se recupera lentamente de nuevo a la "normalidad".

Debería ver aumentos drásticos en su frecuencia respiratoria y frecuencia cardíaca después de hacer un poco de ejercicio vigoroso.

Puede comparar estar sentado, caminar ligero, trotar y correr; la tendencia numérica resultante en la frecuencia de la respiración / pulso debería ser bastante similar a la esperada, pero tenga en cuenta que después de una carrera muy vigorosa, la deuda de oxígeno puede aparecer y puede tomar algo de tiempo para su respiración. / frecuencia del pulso para volver a la normalidad.

Investigar el vínculo entre el ejercicio y la frecuencia respiratoria con un sensor de respiración,

Investigar la sujeción de masas a la longitud de los brazos y medir el tiempo que tardan los músculos en fatigarse,

Diseñar una investigación utilizando medidores de fuerza y ​​registradores de datos para encontrar la relación entre la cantidad de fuerza ejercida por un músculo y la fatiga muscular.

Experimento simple para medir la liberación de energía al quemar alimentos como grasas

Los alimentos como las grasas animales, los aceites vegetales y los carbohidratos como la glucosa y el almidón son reservas de energía química concentrada.

¡Se metabolizan en el cuerpo para alimentar toda la química de una célula y proporcionar energía térmica a criaturas de sangre caliente como nosotros!

Consulte también las notas de biología de GCSE sobre pruebas alimentarias.

Realiza una quema controlada de un trozo de comida para tener una idea de cuánta energía química contiene mediante la conversión.

Un poco de calorimetría de alimentos ardientes (configuración experimental ilustrada a la derecha).

Use protección para los ojos y tenga cuidado cerca de las llamas.

Agregue exactamente 20 cm 3 de agua a un tubo de ebullición de pyrex (mejor que un tubo de ensayo estrecho).

El tubo de ebullición se sujeta sobre la mesa de laboratorio en una posición inclinada.

Se coloca cuidadosamente un termómetro de 0-100 o C en el agua.

Puede utilizar cualquier alimento seco, p. Ej. frijoles, pan, nueces o pasta y un bulto pesado de él se ensarta en el extremo de una aguja montada.

El agua se agita suavemente con el termómetro y el temperatura inicial grabado.

El bulto de comida se enciende con una llama de mechero Bunsen y luego se mantiene con una tenaza firme debajo del fondo del tubo de ebullición.

Si la llama se apaga, vuelva a encender la comida, repitiendo esto hasta que se haya quemado (o el residuo ya no se queme).

Cuando toda la comida se haya quemado, revuelva el agua suavemente con el termómetro y observe la temperatura final más alta.

Cálculo del contenido energético

El calor liberado = masa de agua (g) x cambio de temperatura (o C) x capacidad calorífica específica del agua.

p.ej. Se quemaron 0,75 g de nueces tanto como fue posible.

Las temperaturas inicial y final fueron 21 o C y 43 o C. Aumento de temperatura = 43 - 21 = 22 o C.

20 cm 3 de agua son 20 g (densidad = 1,0 g / cm 3).

La capacidad calorífica específica del agua es de 4,18 J / kg o C. (consulte las notas de física de GCSE para obtener más información sobre la capacidad calorífica específica)

Por lo tanto, el calor liberado = 20 x 22 x 4,18 = 1839 J

El resultado se puede expresar en términos de contenido de energía por unidad de masa de alimento, p. J / g.

2500 J / g (2 pies cuadrados) o 2,5 kJ / go 2500 kJ / kg

Puedes pensar en esto poder calorífico como una medida de Densidad de energia .

Este experimento NO es muy preciso en absoluto, pero proporciona una estimación aproximada del contenido energético de un alimento.

(i) El calor se pierde continuamente del tubo de ebullición que no está aislado.

(ii) Aún más calor se pierde por el calor convección de gases de llama elevándose más allá del tubo de ebullición, porque no puede recolectar toda la energía térmica de los gases calientes de la llama.

(iii) No se puede quemar todo el alimento, siempre hay un residuo carbonizado quemado.

(iv) La llama amarillenta tiende a ser holliniento, por lo que todo el carbono no se oxida a dióxido de carbono.

Para valores caloríficos comerciales, los científicos usan un calorímetro sellado y bien aislado, sin pérdida de calor, se obtienen valores muy precisos de contenido energético. El instrumento se llama calorímetro de bomba y se usa oxígeno puro, ¡kapow !.

Repita con diferentes alimentos, pero mantenga el mismo volumen de agua fría.

Repita el cálculo y compare los valores caloríficos y la densidad energética de diferentes alimentos.

También puede buscar la estructura molecular de algunas de las moléculas en los alimentos, p. Ej.

el diagrama anterior muestra una sección de una molécula de aceite vegetal (un ácido graso de cadena larga) y, como puede ver, hay muchos átomos de carbono e hidrógeno que se oxidan en dióxido de carbono y agua, respectivamente.

Las moléculas de grasa tienen una densidad de energía más alta que los carbohidratos porque estos últimos contienen una mayor proporción de átomos de oxígeno, por lo que una mayor proporción de átomos de carbono se oxida parcialmente, por lo que se puede liberar menos energía al quemar o mediante la química metabólica en el cuerpo.

Objetivos de aprendizaje típicos para la respiración

Sepa que la respiración es un proceso utilizado por todos los organismos vivos que libera la energía en moléculas orgánicas.

Las moléculas orgánicas utilizadas en la respiración suelen ser azúcares.

La respiración continúa en todas las células vivas.

La energía se puede utilizar en las células:

para construir moléculas más grandes a partir de otras más pequeñas, por ejemplo, proteínas a partir de aminoácidos,

en animales, para permitir que los músculos se contraigan y relajen, por ejemplo, para mover las extremidades y moverse,

en mamíferos y aves, para mantener una temperatura corporal estable en entornos más fríos, dejamos de funcionar lentamente si llegamos a hacer demasiado calor o demasiado frío.

en las plantas, para acumularse a partir de azúcares, nitratos y otros nutrientes, aminoácidos que luego se convierten en proteínas; los animales no pueden hacer esto, necesitamos ingerir proteínas, descomponerlas y convertirlas en nuestras proteínas requeridas. todo lo cual necesita energía.

Ser capaz de explicar cómo el sistema circulatorio humano facilita la respiración, incluyendo:

(a) la glucosa y el oxígeno se difunden desde los capilares hacia las células que respiran

(b) el dióxido de carbono se difunde desde las células que respiran hacia los capilares.

El sistema circulatorio transporta toda la glucosa, el oxígeno, el dióxido de carbono residual (y todo lo demás) por todo el cuerpo a través del torrente sanguíneo.

La glucosa proviene de la descomposición digestiva de alimentos como los carbohidratos.

Al inhalar, obtenemos oxígeno del aire y el dióxido de carbono residual se expulsa cuando exhalamos.

Todas las células están cerca de los capilares sanguíneos delgados que traen la glucosa (del intestino) y el oxígeno (de los pulmones), que se difunden hacia las células, y el dióxido de carbono residual se difunde para ser transportado a los pulmones.

Sepa que la respiración es un proceso utilizado por todos los organismos vivos que libera la energía en moléculas orgánicas.

Las moléculas orgánicas utilizadas en la respiración suelen ser azúcares.

La respiración continúa en todas las células vivas.

La energía puede usarse en las células:

para construir moléculas más grandes a partir de otras más pequeñas, por ejemplo, proteínas a partir de aminoácidos,

en animales, para permitir que los músculos se contraigan y relajen, por ejemplo, para mover las extremidades y moverse,

en mamíferos y aves, para mantener una temperatura corporal estable en entornos más fríos, dejamos de funcionar lentamente si llegamos a hacer demasiado calor o demasiado frío.

en las plantas, para acumularse a partir de azúcares, nitratos y otros nutrientes, aminoácidos que luego se convierten en proteínas; los animales no pueden hacer esto, necesitamos ingerir proteínas, descomponerlas y convertirlas en nuestras proteínas requeridas. todo lo cual necesita energía.

Ser capaz de explicar cómo el sistema circulatorio humano facilita la respiración, incluyendo

(a) la glucosa y el oxígeno se difunden desde los capilares hacia las células que respiran

(b) el dióxido de carbono se difunde desde las células que respiran hacia los capilares.

El sistema circulatorio transporta toda la glucosa, oxígeno, dióxido de carbono residual (y todo lo demás) por todo el cuerpo a través del torrente sanguíneo.

La glucosa proviene de la descomposición digestiva de alimentos como los carbohidratos.

Al inhalar, obtenemos oxígeno del aire y el dióxido de carbono residual se expulsa cuando exhalamos.

Todas las células están cerca de los capilares sanguíneos delgados que traen la glucosa (del intestino) y el oxígeno (de los pulmones), que se difunden hacia las células, y el dióxido de carbono residual se difunde para ser transportado a los pulmones.

Ser capaz de definir difusión como el movimiento de partículas desde un área de alta concentración a un área de menor concentración.

Sepa cómo aplicar esta idea al proceso de la respiración.

Las membranas celulares delgadas permiten la difusión de pequeñas moléculas dentro y fuera de las células.

Dado que los capilares son delgados y numerosos, la distancia de difusión desde las células es corta, por lo que la transferencia de nutrientes hacia adentro y hacia afuera de los productos de desecho es lo más eficiente posible.

A medida que las células respiran, consumen oxígeno / glucosa, por lo que su concentración disminuye en la célula. Por lo tanto, las concentraciones externas (por ejemplo, en los capilares) son más altas, por lo que se difundirá más oxígeno / glucosa en la célula.

Al mismo tiempo, la concentración del dióxido de carbono del producto de desecho se acumula en la celda, por lo que el dióxido de carbono se difundirá naturalmente fuera de la celda hacia la región de menor concentración en los capilares.

Índice de notas de biología celular (para todas las páginas de biología de GCSE relevantes)

y Mantenerse saludable: dieta y ejercicio notas de revisión de biología de gcse


Investigando la respiración de los gusanos

Objetivo: El objetivo de mi investigación es ver cómo la frecuencia respiratoria de algunos gusanos difiere entre la temperatura ambiente y otras temperaturas, en términos de volumen de oxígeno producido.

Predicción simple

Predigo que a medida que aumente la temperatura de los gusanos, aumentará la frecuencia respiratoria. Creo que esto se debe a que la respiración es un proceso de reacciones dependiente de enzimas. El aumento de la temperatura dará a las enzimas y sustratos más energía cinética y, por lo tanto, aumentará la tasa de respiración.

Esto se explica con más detalle más adelante.

Método

  1. Usando una jeringa llena de líquido de manómetro, llenaré hasta la mitad un manómetro.
  2. Luego conectaré un grifo de 3 vías a uno de los tubos de suministro en el tapón y a este grifo conectaré una jeringa.
  3. A continuación, pondré 2 g de cal sodada en el fondo de cada uno de los dos tubos de ebullición, y luego colocaré una gasa en cada uno, que reposará ligeramente por encima de la cal sodada.

Prueba Justa

Para asegurar que el experimento sea justo, hay muchas cosas que puedo hacer. En primer lugar, debo asegurarme de que ningún gusano entre en contacto con la lima sodada, ya que esto es perjudicial para ellos y puede afectar su respiración. Además de esto, debo asegurarme de que cuando ponga los gusanos en un baño de agua, me aseguraré de que los gusanos estén encerrados en el agua y no por encima de ella. Esto asegurará que los gusanos estén todos a la misma temperatura. También me aseguraré de leer la posición del fluido del manómetro al nivel de los ojos, para evitar leer incorrectamente la posición del fluido.

Tapones (unidos a 2 tubos de suministro)

Tubo en U capilar (manómetro)

Hay muchos aparatos que he decidido utilizar sobre otros, y esto se debe a que la precisión del equipo es mucho mayor. A continuación se describen varias razones por las que he decidido utilizar algunos aparatos en lugar de otros, además de explicar por qué estoy utilizando algunos de los aparatos que he enumerado anteriormente.

He decidido usar un baño de agua en lugar de un mechero Bunsen, ya que hay una menor fluctuación de temperatura. Usar un mechero Bunsen para mantener la temperatura es muy difícil y también inexacto. Sin embargo, un baño de agua puede mantener la temperatura a un nivel de precisión mucho mayor. Esto asegurará que el experimento sea justo en todo momento, en términos de temperatura de los gusanos. Una fluctuación en la temperatura significaría que las enzimas y los sustratos tienen diferentes niveles de energía cinética, lo que haría que el experimento fuera inexacto.

& # 8211 Escalas de medición precisas

En mi experimento, estoy usando escalas de medición que miden hasta la centésima parte de un gramo. Esto se debe a que la frecuencia respiratoria depende de la masa de los gusanos, por lo que debo conocer la masa exacta de los gusanos. Entonces podré calcular el volumen de oxígeno producido por minuto por gramo.

El porcentaje de error de cualquier aparato se calcula mediante

La forma de reducir el error porcentual podría hacerse haciendo una lectura más grande, es decir, en lugar de usar 1 g de gusanos, use 10 g. Por tanto, esto le daría un porcentaje de error menor. Alternativamente, para reducir el porcentaje de error, debo utilizar un aparato con un margen de error menor. Usar una escala de medición, que mide hasta 2 lugares decimales de un gramo sería adecuado, pero si se pudiera usar una escala de medición más precisa, esto haría que mi experimento fuera aún más preciso.

Esto es necesario para poder calcular la tasa de consumo de oxígeno. Simplemente registrar el volumen de oxígeno producido solo me permitiría ver que los gusanos están respirando, lo cual no es muy útil.

Estoy usando una jeringa de 1 cm3 ya que es necesaria para poner el líquido del manómetro en el manómetro. La razón para usar una jeringa de 1 cm3 en lugar de una jeringa de 10 cm3 es porque tiene un margen de error más pequeño y, por lo tanto, hace que su uso sea más preciso.

Estoy usando un termómetro para asegurarme de que la temperatura del baño de agua permanezca constante en todo momento. Si fluctúa, puedo dar cuenta de cualquier cambio en la frecuencia respiratoria.

Los gusanos son de sangre fría y, por lo tanto, no pueden regular su temperatura corporal como lo hacen los mamíferos. Si se colocan en un baño de agua a 40 grados Celsius, permanecerán a esta temperatura. Por esta razón, se están utilizando gusanos para determinar cómo la temperatura afecta la frecuencia respiratoria.

& # 8211 Tubo en U capilar (manómetro)

Hay varias configuraciones para medir la absorción de oxígeno de cualquier organismo. Muchas de estas configuraciones son tubos de ebullición o un tubo de ensayo conectado a una báscula. Luego se aspira aire de los alrededores y la burbuja se mueve hacia los invertebrados en el tubo de ebullición. Esta configuración se muestra a continuación.

Sin embargo, el problema surge cuando se usa esta configuración cuando los invertebrados se colocan en un baño de agua. El aire dentro del tubo de ebullición se calentará y, por lo tanto, se expandirá. El aire que se aspira desde el exterior para empujar la burbuja está a una presión más baja. Como resultado, el aire dentro del tubo de ebullición ejercerá una fuerza sobre la burbuja y la empujará hacia afuera y lejos de los invertebrados. Por lo tanto, esto no dará una indicación precisa del volumen de oxígeno producido, ya que la burbuja no se moverá tan lejos como debería. Esto se puede ver en el diagrama a continuación.

El uso de un dispositivo de sistema cerrado para medir el consumo de oxígeno puede eliminar este problema. Este es el caso del manómetro, que está conectado a un tubo de control. Cuando los invertebrados se colocan en un baño de agua, ambos tubos están a la misma temperatura y, por lo tanto, a la misma presión. Por lo tanto, el fluido del manómetro no se alejará de los invertebrados, ya que existe una fuerza igual para oponerse a este aumento de presión. Como resultado, se puede medir el consumo real de oxígeno. Por esta razón, he decidido utilizar un manómetro para medir la tasa de consumo de oxígeno.

La razón para usar cal sodada es que se absorba el dióxido de carbono. Cuando los gusanos respiran, producen dióxido de carbono. Si no hubiera cal sodada, el fluido del manómetro en el manómetro no se movería, ya que el volumen de gas no cambia. Cuando se coloca cal sodada en los tubos, se absorberá el dióxido de carbono que desprenden los gusanos de la respiración. A medida que se agota el oxígeno, el volumen en el tubo disminuirá y esto empujará el fluido del manómetro hacia el tubo que contiene los invertebrados.

A continuación se muestra un diagrama que muestra cómo tengo la intención de configurar el aparato.

Hay muchas variables que afectan la frecuencia o la respiración, por lo que debo tenerlas en cuenta cuando estoy haciendo mis experimentos. Estas variables se detallan a continuación.

& # 8211 Temperatura: la respiración involucra enzimas. La glucosa es una molécula bastante estable, por lo que tiene una energía de activación bastante alta. Esto debe superarse antes de que se pueda oxidar la glucosa, por lo que se utilizan enzimas para reducir este nivel de energía. Por lo tanto, los gusanos deben permanecer a una temperatura conocida para que la frecuencia respiratoria sea constante. Como la temperatura es una variable en mi experimento, debo asegurarme de que la temperatura de los gusanos permanezca constante durante todos los experimentos. Variaré la temperatura de 10 grados Celsius a 60 grados Celsius en intervalos de 10 * c.

& # 8211 Masa de gusanos: claramente, más gusanos significa más respiración y, por lo tanto, se consume más oxígeno. Por tanto, debo mantener constante la masa de los gusanos.

& # 8211 Formas de respiración: hay dos formas de respiración: aeróbica y anaeróbica. En mis experimentos, confío en el hecho de que los gusanos consumirán aire, por lo tanto, respirarán aeróbicamente, y esto hará que la burbuja sea empujada hacia los gusanos. Si a veces respiran sin oxígeno, es decir, respiración anaeróbica, la tasa de absorción de oxígeno se verá afectada y dará resultados inexactos. Por tanto, debo tener esto en cuenta al realizar mis experimentos.

& # 8211 Concentración de enzimas / sustratos: la respiración es un proceso dependiente de enzimas y, por lo tanto, la concentración de enzimas y sustratos debe mantenerse constante. Esto no es algo que podré controlar en mi experimento, excepto manteniendo constante la masa de los gusanos. Por tanto, debo tener esto en cuenta al realizar mi investigación.

& # 8211 Ciclo de vida: al igual que cualquier otro organismo vivo, los gusanos son parte de un ciclo de vida. Este ciclo se muestra a continuación.

Larva de mosca alada adulta (gusano)

A medida que el gusano envejece y avanza a lo largo del ciclo de vida, se convierte en un organismo más especializado. Una mosca es una etapa del organismo mucho más compleja que el gusano, por lo que respirará más rápido. Aunque es fácil ver las diferencias entre una mosca y un gusano, debo tener en cuenta que la edad del gusano aumenta durante las 2 semanas de mi investigación. Por lo tanto, también debo tener esto en cuenta al realizar mi investigación.

Hay varias medidas que debo tomar al realizar el experimento.

& # 8211 Necesitaré registrar la posición inicial del fluido del manómetro y la distancia que ha viajado después de varios períodos de tiempo. Entonces puedo calcular el consumo de oxígeno acumulativo.

& # 8211 La temperatura alrededor de los gusanos

& # 8211 Masa de cal sodada en cada tubo de ebullición

& # 8211 Masa de gusanos en el tubo de ebullición

Para asegurarme de que el experimento sea justo, daré tiempo a los gusanos para que se aclimaten al nuevo entorno. Luego tomaré lecturas durante varios minutos y luego repetiré cada temperatura dos veces. Esto me permitirá dar cuenta de los resultados anómalos que pueda adquirir durante los experimentos.

La siguiente tabla muestra las principales fuentes de error y cómo he planeado reducir los errores.

Método propuesto para aumentar la confiabilidad

Escalas de medición para medir la masa de gusanos

Al usar escalas de medición que miden con un mayor grado de precisión, puedo calcular la tasa de consumo de oxígeno por gramo de gusano con mayor precisión

Leer la posición del fluido del manómetro

Al leer la posición del fluido del manómetro es fundamental que lo haga a la altura de los ojos y de frente para poder leer con precisión la posición del fluido. Si se hace con precisión, la posición se puede leer a 0,5 milímetro

Gusanos cayendo en soda lima

Si esto ocurre, los gusanos pueden comenzar a respirar a un ritmo diferente. Asegurarse de que el gauss se ajuste bien a los lados del tubo de ebullición puede reducir este problema.

Si los clips de rosca no están bien colocados alrededor de los tubos de ebullición, entrará algo de aire en el tubo de ebullición que contiene los gusanos sin pasar por el manómetro. Por tanto, la tasa de consumo de oxígeno parecerá ser menor.

Dióxido de carbono todo listo presente en el tubo de ebullición

El dióxido de carbono contribuye en pequeña medida a la composición del aire. Cuando se cierra el tapón por primera vez, habrá dióxido de carbono adicional en el tubo que contiene los gusanos. Esto será absorbido por la cal sodada y la burbuja se moverá como resultado. Sin embargo, esto no se debe al consumo de oxígeno de los gusanos y, por lo tanto, agregará inexactitud al experimento. Cerrar el tapón y luego esperar aproximadamente un minuto para que no haya dióxido de carbono para empezar puede eliminar esto.

Los gusanos no están completamente aclimatados a su nuevo entorno.

Esto significaría que su frecuencia respiratoria no sería constante mientras están en los tubos de ebullición y, por lo tanto, sería inexacto para medir la absorción de oxígeno. Durante algunos minutos pueden estar más activos por lo que la frecuencia no sería constante. Esto se puede eliminar dando a los gusanos suficiente tiempo para aclimatarse al nuevo entorno.

Fluctuaciones en la temperatura del baño de agua.

Como los gusanos son de sangre fría, tienen una estructura simple y no pueden controlar eficazmente su temperatura corporal, respirarán de acuerdo con el entorno en el que se encuentren. Por lo tanto, si el baño de agua se calienta, la velocidad aumentará y viceversa, y una vez más la velocidad. no sería constante. Al repetir el experimento, se pueden tener en cuenta estos factores.

Durante mi investigación, hay varios problemas de seguridad que debo cumplir para garantizar que mi experimento sea seguro. Estos se detallan a continuación:

& # 8211 Usaré una jeringa para insertar el líquido del manómetro en el manómetro, que puede cortarlo fácilmente y herir a alguien. Por lo tanto, me aseguraré de volver a tapar la aguja cuando haya terminado de usarla. Esto proporcionará un entorno de trabajo seguro.

& # 8211 La cal sodada es corrosiva, así que debo asegurarme de que no entre en contacto con mi piel. Por lo tanto, usaré una espátula cuando necesite sacar algo de la botella. Si entro en contacto con alguno, me lavaré las manos minuciosamente inmediatamente.

& # 8211 Hay una gran cantidad de cristalería en mi experimento, así que me aseguraré de tener cuidado al usarlas. Si dejo caer algo, limpiaré el vaso con un recogedor y un cepillo, mientras me aseguro de no tocar ninguno de los pedazos de cristal rotos.

& # 8211 Finalmente usaré un baño de agua a una temperatura de hasta 60 grados centígrados. Por lo tanto, tendré que trabajar con cuidado y, si me quemo, me enjuagaré inmediatamente las manos con agua fría.

La burbuja de distancia acumulada se mueve (mm) después de cada minuto

Volumen acumulado promedio de oxígeno producido por minuto por gramo (mm3 min-1 g-1)

Ejemplo: Para calcular el volumen acumulado promedio de oxígeno producido por minuto por gramo a los 2 minutos para temperatura ambiente:

Valor de Pi x (Radio del manómetro) 2 x Distancia movida por burbuja

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

A partir de los resultados preliminares, puede ver que a medida que la temperatura se eleva de la temperatura ambiente a 35 grados Celsius, el volumen acumulado de oxígeno producido durante un período de 6 minutos aumenta, es decir, aumenta la frecuencia respiratoria. Esto respalda la simple predicción que hice, en la que afirmé que la frecuencia respiratoria aumentaría, lo que se puede ver claramente en el gráfico. Ahora puedo entrar en una teoría científica más detallada de cómo ha aumentado la frecuencia respiratoria.

Teoría

La respiración es un proceso en el que las moléculas orgánicas se descomponen en varias etapas para liberar energía potencial química. Esto luego se usa para sintetizar trifosfato de adenosina (ATP). Por lo general, la molécula orgánica es glucosa, pero también se pueden usar ácidos grasos y aminoácidos si no hay glucosa presente.

Las 4 etapas principales de la respiración son la glucólisis, la reacción de enlace, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.

La glucólisis es la etapa en la que se descompone la glucosa y esto ocurre en el citoplasma de una célula. Inicialmente se necesitan 2 unidades de ATP para descomponer la glucosa (molécula de 6 carbonos) en 2 moléculas de piruvato (molécula de 3 carbonos). Sin embargo, durante los pasos entre la división de la glucosa y la formación de piruvato, se libera energía y luego se usa para producir 4 unidades de ATP. El siguiente diagrama muestra la vía glucolítica.

En el diagrama anterior, puede ver los pasos entre la descomposición de la glucosa y la formación de piruvato. En primer lugar, se fosforila la glucosa, que consta de 6 carbonos, que es un proceso que requiere energía. Como se fosforila dos veces, para formar bisfosfato de hexosa, se utilizan 2 unidades de ATP. La glucosa es muy rica en energía, pero no es reactiva debido a que tiene una estructura estable. Por lo tanto, se descompone para dar 2 moléculas de triosa fosfato. Luego, 2 átomos de hidrógeno se eliminan de esta molécula mediante 2 moléculas de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD) para formar 2 moléculas de piruvato. El siguiente diagrama muestra la estructura NAD.

Por lo tanto, en resumen, la glucólisis da como resultado el aumento neto de dos moléculas de ATP. Sin embargo, el piruvato todavía contiene una gran cantidad de energía potencial química, que se libera en las siguientes etapas de la respiración. La siguiente etapa del proceso es la reacción de enlace, que involucra muchas enzimas. Estos funcionan para reducir la energía de activación de las reacciones y sus mecanismos se discutirán más adelante.

Durante la reacción de enlace, el piruvato se descarboxila, es decir, se elimina el dióxido de carbono. Esto es muy significativo en mi investigación, ya que este dióxido de carbono es lo que será absorbido por la cal sodada y, por lo tanto, me permitirá calcular la tasa de absorción de oxígeno.

Luego, el piruvato se deshidrogena y se combina con la coenzima A (CoA) para formar acetil CoA, que es una molécula de 2 carbonos. Una vez más, NAD es el portador que elimina los átomos de hidrógeno y forma NAD reducido.

La tercera etapa del proceso de respiración se conoce como ciclo de Krebs, que es una vía cerrada de reacciones controladas por enzimas. El producto de la reacción de enlace (Acetil-CoA) se combina con oxaloacetato, un compuesto de 4 carbonos, para formar citrato, un compuesto de 6 carbonos. Al igual que el piruvato, este se descarboxila y deshidrogena en varios pasos y, finalmente, el oxaloacetato se regenera para permitir que el ciclo comience de nuevo.

Cada vuelta del ciclo da como resultado la formación de 2 moléculas de dióxido de carbono, una molécula de FAD y 3 moléculas de NAD se reducen y se genera una molécula de ATP. El siguiente diagrama muestra la reacción de Link y el ciclo de Krebs.

Es en la etapa final de la respiración donde se produce la mayor parte del ATP, y es esta etapa la que requiere oxígeno. Es en esta etapa que se utilizan los átomos de hidrógeno transportados por el NAD reducido y el FAD reducido, y la etapa se conoce como fosforilación oxidativa.

Durante la glucólisis, la reacción de enlace y el ciclo de Krebs solo se han producido unas pocas moléculas de ATP. Es durante la fosforilación oxidativa cuando se libera la mayor parte de la energía bloqueada en la molécula de glucosa original. La cadena de transporte de electrones es una red de proteínas portadoras de electrones ubicada en la membrana interna de la mitocondria. El NAD reducido y el FAD reducido pasan a la cadena de transporte de electrones, y aquí se liberan átomos de hidrógeno de los dos portadores. Al hacerlo, se puede sintetizar una molécula de ATP. Los átomos de hidrógeno luego se descomponen en iones de hidrógeno (H +) y electrones. Los iones de hidrógeno permanecen en la matriz mitocondrial, mientras que los electrones se transfieren al primer portador de electrones. A medida que pasa entre los tres portadores de electrones, el nivel de energía de los portadores, en relación con el oxígeno, disminuye. Esto libera energía, que se utiliza para sintetizar ATP. De esta forma se producen dos moléculas más de ATP. Finalmente el electrón llega al aceptor de electrones final, que también se encuentra en la matriz mitocondrial, y es oxígeno. También se extraerán 2 iones de hidrógeno y el oxígeno se reducirá a agua.

Por eso, en mi investigación, el fluido del manómetro en el manómetro se moverá hacia los gusanos. Los gusanos necesitan oxígeno para esta última etapa de la respiración, que es lo que estoy midiendo para calcular la frecuencia respiratoria.

Sin embargo, esto solo explica 3 de las 28 moléculas de ATP formadas durante la fosforilación oxidativa. Las otras moléculas de ATP se sintetizan debido al proceso de quimiosmosis. La energía liberada por la cadena de transporte de electrones también se utiliza para bombear iones de hidrógeno al espacio intermembrana mitocondrial. Debido a esto, aumenta la concentración de iones de hidrógeno en el espacio intermembrana. Esto establece un gradiente de concentración y los iones de hidrógeno luego vuelven a pasar a través de la membrana a la matriz mitocondrial a través de los canales de proteínas. En cada canal se encuentra la ATP sintasa, que actúa como una enzima y utiliza la energía potencial de 3 iones de hidrógeno para convertir ADP y Pi (fosfatos inorgánicos) en ATP. Los siguientes diagramas muestran el proceso de fosforilación oxidativa y también cómo funciona la ATP sintasa. La ATP sintasa es una enzima que muestra que la respiración es dependiente de la enzima, por lo que también debo considerar cómo funcionan las enzimas para hacer posible este proceso.

Ahora que hemos visto cómo la respiración puede liberar energía de la glucosa, podemos considerar el papel que juegan las enzimas en el proceso. El siguiente diagrama de entalpía muestra el cambio general de glucosa en dióxido de carbono y agua.

Aunque hay muchos compuestos que se forman entre la glucosa y el producto final, esencialmente todos pueden considerarse como uno solo. Esto se debe a que para que ocurra cada paso individual se debe superar la energía de activación. Las enzimas funcionan reduciendo esta energía, lo que permite que la glucosa se convierta en piruvato durante la glucólisis, que el piruvato se convierta en acetil-CoA durante la reacción de enlace, etc. son capaces de hacer esto.

Una enzima puede definirse como un catalizador biológico y se ve afectada por el entorno en el que se encuentra. La enzima tiene una forma tridimensional específica y esto significa que una determinada enzima puede descomponer solo sustratos con una determinada forma.

P.ej. Por esta razón, la amilasa solo puede descomponer el almidón, debido a que los sustratos encajan en el sitio activo. Sin embargo, no puede descomponer los lípidos debido a que los sustratos de lípidos tienen una estructura que no les permite encajar en el sitio activo de la enzima amilasa.

Como se indicó anteriormente, las enzimas son proteínas globulares tridimensionales complejas. El sitio activo, que suele tener una estructura hendida, contiene algunos aminoácidos que llevan a cabo la descomposición de una sustancia.

Diagrama que muestra la estructura de un simple

La enzima se encuentra en la estructura terciaria de una proteína. Se mantiene unido por varios enlaces, que son enlaces de hidrógeno, enlaces iónicos, enlaces disulfuro e interacciones hidrofóbicas entre cadenas laterales no polares. Las largas cadenas de aminoácidos que se enrollan sobre sí mismas provocan esta estructura. Luego se forman enlaces de hidrógeno entre los grupos -CO de un aminoácido y el grupo -NH de otro, que mantienen esta forma en su lugar. Esto se llama hélice? Y es la estructura secundaria. Esta estructura puede enrollarse en una forma tridimensional precisa, que es la estructura terciaria. El siguiente diagrama muestra cómo se pueden formar los enlaces de hidrógeno.

Los grupos R determinan la forma del sitio activo en una enzima. La gran variedad de diferentes grupos R significa que pueden existir sitios activos de diferentes formas, lo que explica por qué las enzimas son específicas de un tipo de sustrato.

El siguiente diagrama tomado de & # 8216Biology 1 & # 8217 ilustra cómo funciona una enzima.

1 Diagrama que muestra cómo una enzima acelera la descomposición de un sustrato

El diagrama anterior se refiere a cómo funcionan las enzimas en la respiración. En el diagrama de la izquierda podemos ver que la enzima y el sustrato están mezclados. El sustrato se mueve hacia el sitio activo de la enzima. Luego, los dos se unen y forman un complejo enzima-sustrato. Se mantiene en su lugar mediante enlaces temporales que se forman entre los grupos R de la enzima y el aminoácido # 8217s y el sustrato. Estos enlaces son débiles y, por lo tanto, no son covalentes.

El diagrama de cerradura y llave se puede utilizar para comprender la forma específica de la enzima. El sustrato de arriba se adapta a la forma del sitio activo, por lo que puede unirse a él. Cualquier otra forma no se ajustará a este sitio activo. La teoría de una cerradura y una llave puede parecerse a esto en el sentido de que si la llave, es decir, el sustrato, no tiene la forma correcta, no encajará en la cerradura, que es la enzima.

Finalmente, las interacciones entre el sustrato y el sitio activo de la enzima provocan la degradación del sustrato. Los enlaces temporales, que se forman durante este proceso, provocan una mayor tendencia a la descomposición de una sustancia, lo que a su vez reduce la energía de activación. Esto se explicará con más detalle en la siguiente sección.

Ahora que sabemos qué es una enzima, podemos ver cómo la alteración de la temperatura provocaría un cambio en la velocidad de la reacción de la respiración.

Para que se produzca una reacción, las partículas deben chocar con una determinada energía cinética mínima. El tamaño de esta energía cinética necesaria varía entre reacciones debido a las diferentes entalpías de enlace. Una enzima actúa reduciendo la energía de activación como se muestra en el siguiente diagrama.

Energía

Como puede ver, la enzima reduce la energía de activación, lo que le da a un mayor número de partículas la energía mínima requerida para que ocurra la reacción. El diagrama del perfil de energía muestra los picos más pequeños, que surgen como resultado de la enzima. El primero es de la formación del complejo enzima-sustrato. Después de esta etapa se forma el complejo enzima-producto, que también requiere energía pero menos que el complejo enzima-sustrato. Finalmente, la enzima y los productos se alejan y la enzima puede volver a utilizarse.

Las moléculas durante el proceso de respiración tienen una gama de energías cinéticas diferentes. La mayoría de las partículas se moverán a velocidades moderadas, otras tendrán una energía cinética ligeramente mayor y algunas tendrán un poco menos. Cuando la temperatura de los reactivos aumenta, se mueven más rápido y tienen una mayor cantidad de energía cinética.

Esto significa que de aquellos sustratos que chocan con las enzimas, es más probable que la cantidad de energía del impacto exceda la energía de activación. La enzima reduce aún más la energía de activación, de modo que un mayor número de moléculas tienen la energía necesaria y pueden provocar una reacción. Esto se ilustra en el diagrama siguiente.

El diagrama anterior muestra que solo una pequeña proporción de las moléculas tienen la energía E para superar la energía de activación (que en este caso es 50 kg mol-1) y provocar una reacción. Sin embargo, si ahora aumentamos la temperatura, el gráfico se verá como el que se muestra a continuación.

2 Curvas de distribución que muestran el efecto de un aumento de temperatura de 10 K en la proporción de reacciones con más de 50 kg mol-1

En el gráfico, puede ver que al aumentar la temperatura en 10 Kelvins, el gráfico se ha desplazado hacia la derecha, es decir, hay una energía cinética promedio más alta de cada partícula. Hay una proporción mucho mayor de moléculas con más de 50 kg mol-1, lo que significa que más colisiones serán lo suficientemente exitosas como para que ocurra una reacción.

Por lo tanto, el aumento de la temperatura aumentará la energía cinética promedio de los reactivos, lo que permitirá que ocurra un mayor número de reacciones. Es por eso que pensar que elevar la temperatura aumentará la frecuencia respiratoria. Sin embargo, elevar demasiado la temperatura hará que la enzima se desnaturalice. Esto significa que los enlaces que mantienen unida la estructura terciaria de la enzima se superarán y el sitio activo habrá cambiado de forma. Como resultado, no se pueden formar los enlaces temporales que se producen entre el sustrato y la enzima. Por lo tanto, esto haría que la enzima dejara de ser útil, por lo que el progreso de la reacción disminuirá y eventualmente se detendrá.


Laboratorio típico de respiración celular con respirómetro: ¿por qué es necesario el hidróxido de potasio (KOH)? - biología

A través de este sitio web buscamos materiales históricos relacionados con las pilas de combustible. Hemos construido el sitio para recopilar información de personas que ya están familiarizadas con la tecnología y personas como inventores, investigadores, fabricantes, electricistas y comercializadores. Esta sección de Conceptos básicos presenta una descripción general de las pilas de combustible para visitantes ocasionales.

Una pila de combustible es un dispositivo que genera electricidad mediante una reacción química. Cada pila de combustible tiene dos electrodos llamados, respectivamente, ánodo y cátodo. Las reacciones que producen electricidad tienen lugar en los electrodos.

Cada celda de combustible también tiene un electrolito, que transporta partículas cargadas eléctricamente de un electrodo al otro, y un catalizador, que acelera las reacciones en los electrodos.

El hidrógeno es el combustible básico, pero las pilas de combustible también requieren oxígeno. Un gran atractivo de las pilas de combustible es que generan electricidad con muy poca contaminación: gran parte del hidrógeno y el oxígeno utilizados para generar electricidad se combinan en última instancia para formar un subproducto inofensivo, a saber, el agua.

Un detalle de terminología: una sola pila de combustible genera una pequeña cantidad de electricidad de corriente continua (CC). En la práctica, muchas pilas de combustible se suelen montar en una pila. Celda o pila, los principios son los mismos.

El propósito de una celda de combustible es producir una corriente eléctrica que pueda dirigirse fuera de la celda para realizar un trabajo, como encender un motor eléctrico o iluminar una bombilla o una ciudad. Por la forma en que se comporta la electricidad, esta corriente regresa a la celda de combustible, completando un circuito eléctrico. (Para obtener más información sobre la electricidad y la energía eléctrica, visite & # 34Throw The Switch & # 34 en el sitio web del Smithsonian Powering a Generation of Change.) Las reacciones químicas que producen esta corriente son la clave de cómo funciona una celda de combustible.

Hay varios tipos de pilas de combustible y cada una funciona de forma un poco diferente. Pero en términos generales, los átomos de hidrógeno ingresan a una celda de combustible en el ánodo donde una reacción química los despoja de sus electrones. Los átomos de hidrógeno están ahora ionizados y llevan una carga eléctrica positiva. Los electrones cargados negativamente proporcionan la corriente a través de los cables para realizar el trabajo. Si se necesita corriente alterna (CA), la salida de CC de la celda de combustible debe enrutarse a través de un dispositivo de conversión llamado inversor.


Gráfico de Marc Marshall, Schatz Energy Research Center

El oxígeno ingresa a la celda de combustible por el cátodo y, en algunos tipos de celda (como la que se ilustra arriba), se combina con los electrones que regresan del circuito eléctrico y los iones de hidrógeno que han viajado a través del electrolito desde el ánodo. En otros tipos de células, el oxígeno recoge electrones y luego viaja a través del electrolito hasta el ánodo, donde se combina con los iones de hidrógeno.

El electrolito juega un papel fundamental. Debe permitir que solo los iones apropiados pasen entre el ánodo y el cátodo. Si los electrones libres u otras sustancias pudieran viajar a través del electrolito, interrumpirían la reacción química.

Ya sea que se combinen en el ánodo o en el cátodo, juntos el hidrógeno y el oxígeno forman agua, que se drena de la celda. Siempre que una pila de combustible reciba hidrógeno y oxígeno, generará electricidad.

Aún mejor, dado que las celdas de combustible generan electricidad químicamente, en lugar de por combustión, no están sujetas a las leyes termodinámicas que limitan una planta de energía convencional (ver & # 34Carnot Limit & # 34 en el glosario). Por lo tanto, las pilas de combustible son más eficientes para extraer energía de un combustible. También se puede aprovechar el calor residual de algunas celdas, lo que aumenta aún más la eficiencia del sistema.

Entonces, ¿por qué no puedo salir y comprar una pila de combustible?

Puede que no sea difícil ilustrar el funcionamiento básico de una pila de combustible. Pero construir celdas de combustible económicas, eficientes y confiables es un negocio mucho más complicado.

Los científicos e inventores han diseñado muchos tipos y tamaños diferentes de pilas de combustible en la búsqueda de una mayor eficiencia, y los detalles técnicos de cada tipo varían. Muchas de las opciones a las que se enfrentan los desarrolladores de pilas de combustible están limitadas por la elección del electrolito. El diseño de los electrodos, por ejemplo, y los materiales utilizados para fabricarlos dependen del electrolito. Hoy en día, los principales tipos de electrolitos son álcalis, carbonato fundido, ácido fosfórico, membrana de intercambio de protones (PEM) y óxido sólido. Los tres primeros son electrolitos líquidos, los dos últimos son sólidos.

El tipo de combustible también depende del electrolito. Algunas células necesitan hidrógeno puro y, por lo tanto, exigen equipo adicional, como un & # 34 reformador & # 34 para purificar el combustible. Otras células pueden tolerar algunas impurezas, pero pueden necesitar temperaturas más altas para funcionar de manera eficiente. Los electrolitos líquidos circulan en algunas celdas, lo que requiere bombas. El tipo de electrolito también dicta la temperatura de funcionamiento de una celda, ya que las celdas de carbonato se calientan, tal como su nombre lo indica.

Cada tipo de pila de combustible tiene ventajas e inconvenientes en comparación con los demás, y ninguna es todavía lo suficientemente barata y eficiente como para reemplazar ampliamente las formas tradicionales de generación de energía, como las centrales eléctricas de carbón, hidroeléctricas o incluso nucleares.

La siguiente lista describe los cinco tipos principales de pilas de combustible. Se puede encontrar información más detallada en esas áreas específicas de este sitio.

Diferentes tipos de pilas de combustible.


Dibujo de una celda alcalina.
Las pilas de combustible alcalinas funcionan con hidrógeno y oxígeno comprimidos. Por lo general, utilizan una solución de hidróxido de potasio (químicamente, KOH) en agua como electrolito. La eficiencia es de alrededor del 70 por ciento y la temperatura de funcionamiento es de 150 a 200 grados C (alrededor de 300 a 400 grados F). La salida de la celda varía de 300 vatios (W) a 5 kilovatios (kW). Se utilizaron células alcalinas en la nave espacial Apollo para proporcionar electricidad y agua potable. Sin embargo, requieren combustible de hidrógeno puro y sus catalizadores de electrodo de platino son caros. Y como cualquier recipiente lleno de líquido, pueden gotear.

Ácido fosfórico Las pilas de combustible (PAFC) utilizan ácido fosfórico como electrolito. La eficiencia varía del 40 al 80 por ciento y la temperatura de funcionamiento está entre 150 y 200 grados C (alrededor de 300 a 400 grados F). Las celdas de ácido fosfórico existentes tienen potencias de hasta 200 kW y se han probado unidades de 11 MW. Los PAFC toleran una concentración de monóxido de carbono de alrededor del 1,5 por ciento, lo que amplía la variedad de combustibles que pueden utilizar. Si se usa gasolina, se debe eliminar el azufre. Se necesitan electrodo-catalizadores de platino y las piezas internas deben poder resistir el ácido corrosivo.


Dibujo del funcionamiento de las pilas de combustible de ácido fosfórico y PEM.

Membrana de intercambio de protones Las pilas de combustible (PEM) funcionan con un electrolito polimérico en forma de una hoja delgada y permeable. La eficiencia es de aproximadamente 40 a 50 por ciento y la temperatura de funcionamiento es de aproximadamente 80 grados C (aproximadamente 175 grados F). Las salidas de las celdas generalmente oscilan entre 50 y 250 kW. El electrolito sólido y flexible no se escapa ni se agrieta, y estas celdas funcionan a una temperatura lo suficientemente baja como para que sean adecuadas para hogares y automóviles. Pero sus combustibles deben purificarse y se usa un catalizador de platino en ambos lados de la membrana, lo que aumenta los costos.

Puede encontrar información más detallada sobre cada tipo de pila de combustible, incluidos los historiales y las aplicaciones actuales, en las partes específicas de este sitio. También proporcionamos un glosario de términos técnicos & # 150 se proporciona un enlace en la parte superior de cada página de tecnología.


Ver el vídeo: hidroxido de potasio (Agosto 2022).