Определяне на респираторния коефициент (RC) на растенията.
Дихателният коефициент на растенията е съотношението на количеството въглероден диоксид, освободен по време на дишането, към количеството кислород, абсорбиран за същото време.
Стойността на DC зависи от химическа природа респираторен субстрат a, биологични характеристики на растенията, условия на доставка на кислород и други причини.
В тази статия стойността на DC се разглежда в зависимост от респираторния субстрат. Ако въглехидратите са субстрат, тогава DC=1; ако субстратът е по-богати на водород мазнини или някои протеини, DC е по-малко от 1 и обикновено е равно на 0,3-0,7; когато субстратите са органични киселини, DC е по-голямо от 1.
Напредък.
Епруветката се пълни до половината с покълнали семена, затваря се с тапа, в която се вкарва тънка стъклена тръбичка, огъната под прав ъгъл. Хоризонталното коляно на тръбата трябва да бъде градуирано или към него трябва да бъде прикрепена лента милиметрова хартия. Поставете капка вазелиново масло или вода в епруветката.
Уредът се поставя в чаша с памучна вата (за да не се нагрява от ръцете). Наблюдавайте движението на менискуса в стъклена тръба. Ако DK=1, капката остава неподвижна в тръбата. Ако DC е по-голямо или по-малко от 1, капката в тръбата ще се движи. Необходимо е да се определи преместването на капката три пъти за 5 минути и да се намери средната стойност (A).
А е разликата между обемите на абсорбирания Og и отделения CO2.
Отстранете запушалката, проветрете епруветката, поставете диск от филтърна хартия, навлажнен с 20% разтвор на KOH в горната част на епруветката. Затворете запушалката, пуснете капка масло, определете движението на капката през три петминутни интервала, изчислете средната стойност (B). Алкалите абсорбират CO2, отделен при дишане. Движението на капката сега съответства на абсорбцията на O2.
Изчисленията могат да бъдат направени по следната формула:
Оборудване и реактиви:
Широка епруветка с плоско дъно със запушалка, в която е поставена капилярна изходна тръба, широка чаша с памук, пясъчен часовник за 5 минути, пинсети, кръгове филтърна хартия, вазелиново масло, 20% разтвор на КОН, покълнали семена (пшеница, слънчоглед, рицин, фасул и др.).
Въпроси за преглед:
Условия.
Амилаза- ензими от класа на хидролазите, катализиращи хидролизата на резервни полизахариди (нишесте, гликоген). Амилазите се срещат в животни (панкреатичен сок), във висши растения (покълнали семена) и в микроорганизми. В зависимост от естеството на действието се разграничават а-амилази (те разделят а-1,4 връзки в полизахаридната молекула), (3-амилази (последователно отделят малтозата от нередуциращите краища на полимерните вериги) и глюкоамилази (те разграждат полизахарида с образуването на свободна глюкоза).
гликолиза- пътя на Embden-Meyerhof-Parnaea, ензимен анаеробен процес на нехидролитично разграждане на въглехидрати до PVC. Това е филогенетично най-древният път, широко разпространен в природата, играе важна роля в метаболизма на живите организми. Осигурява на клетката енергия при условия на недостатъчно снабдяване с кислород.
Дехидрогеназа- ензими от класа на оксидоредуктазите, катализиращи реакциите на отделяне на водород от един субстрат и прехвърлянето му към друг. Участват в процесите на катаболизъм на всички видове хранителни вещества. Коензимите на дехидрогеназите обикновено са NAD, NADR, | FAD, FMN. Реакциите, включващи дехидрогенази, са в основата на биологичното окисление, което е тясно свързано с осигуряването на клетките с енергия.
Анаеробни дехидрогенази- двукомпонентни ензими, чийто коензим може да бъде NAD + и NADP +. Когато субстратът се окисли, NAD+ се превръща в редуцирана форма на NADH. Анаеробните дехидрогенази даряват водород, тоест електрони и протони, на различни междинни носители и аеробни дехидрогенази. Субстратната специфичност на ензима зависи от неговата протеинова част. Много дехидрогенази съдържат двувалентни метални йони като Zn.
Аеробни дехидрогенази- двукомпонентни ензими, наричани още флавопротеини. В допълнение към протеините те съдържат простетична група - рибофлавин (витамин Bg). Анаеробните дехидрогенази служат като донори на електрони за аеробните дехидрогенази, а хиноните, цитохиноните и кислородът служат като акцептори.
Дъх- присъщи на всички органи, тъкани и клетки на растенията; извършвани от въглехидрати. Интензивността на дишането се определя от количеството погълнат О2 или отделен CO2 и зависи от онтогенеза, морфологични особености, температура и др.
Дихателен коефициент- съотношението на обема на CO2, отделен от тялото по време на дишане, към обема на O2, абсорбиран през същото време; характеризира особеностите на газообмена и метаболизма в живите организми. Дихателният коефициент зависи от химическата природа на респираторния субстрат а, съдържанието на CO2 и 02 в атмосферата и др.
каталаза- ензим от класа на оксидоредуктазите, катализира разграждането на токсичния за организма водороден пероксид (Н2О2) с образуването на Н20 и О2. Широко разпространен ензим, открит в специализирани органели - пероксизоми и глиоксизоми. Простетичната група на каталазата е хем, който съдържа железен атом. Молекулна маса 250000.
оксидази- ензими от класа на оксидоредуктазите, катализиращи окислително-редукционни реакции, при които атмосферният кислород служи като акцептори на водород. В този случай се образува вода или Н202.Коензимът на много оксидази са производни на витамин В2 - FAD или FMN. Оксидазите са широко разпространени в природата и играят важна роля в катаболизма и детоксикацията на различни вещества.
Окислително фосфорилиране- процесът на синтез на ATP молекули от ADR и неорганичен фосфат поради енергията на молекулярното окисление органична материя. Среща се само в живи системи. Този процес е открит през 1930 г. от В. А. Енгелгард и е свързан с преноса на електрони по електронтранспортната верига, вградена във вътрешната мембрана на митохондриите.
10.1.5. Дихателен коефициент
Дихателният коефициент или съотношението на белодробния газообмен (RC) характеризира вида на използването на храната в метаболизма. Този показател се определя, както следва:
Където V CO 2 - отделяне на CO 2 и потребление на O 2 - O 2 . В случай на окисление на глюкоза, количеството консумиран кислород и количеството освободен въглероден диоксид са равни, така че DC = 1. По този начин стойността на DC от едно е индикатор за окисление на въглехидратите(Таблица 10.1).
Таблица 10.1. Стойностите на респираторните коефициенти (RC) и енергийните еквиваленти по време на окисляването на различни хранителни вещества
| хранителни вещества | DC | Енергийни еквиваленти | |
| kJ / l O 2 | kcal / l O 2 | ||
| Въглехидрати | 1,00 | 21,1 | 5,05 |
| мазнини | 0,70 | 19,6 | 4,69 |
| катерици | 0,81 | 18,8 | 4,48 |
Значението на DC в случай на окисление на мазнини може да има просто обяснение. Поради факта, че в мастните киселини има по-малко кислородни атоми на въглероден атом, отколкото във въглехидратите, тяхното окисление се характеризира със значително по-нисък дихателен коефициент (RC = 0,7). В случай на окисляване на чисто протеинови храни DC е равен на 0,81 (таблица 10.1). При смесена храна при хората дихателният коефициент обикновено е 0,83-0,9. Определен DC съответства на определена енергия (калориен) кислороден еквивалент(Таблица 10.2), което означава количеството топлина, отделена след консумацията на 1 литър O 2 от тялото.
Съотношението между количеството отделен CO 2 и изразходвания O 2 зависи както от вида на хранителните вещества, така и от превръщането на едни хранителни вещества в други. В случаите, когато преобладаващата част от диетата са въглехидрати, те могат да бъдат превърнати в мазнини. Поради факта, че мазнините съдържат по-малко кислород от въглехидратите, този процес е придружен от освобождаване на подходящо количество кислород. При пренасищане с въглехидрати количеството кислород, абсорбиран в тъканите, намалява и DC се увеличава. В случай на принудително хранене (гъски и прасета) са регистрирани стойности на DC от 1,38. По време на периоди на гладуване и при захарен диабет ДК може да намалее до стойност, равна на 0,6. Това се дължи на увеличаване на интензивността на метаболизма на мазнините и протеините, заедно с намаляване на метаболизма на глюкозата.
Важен фактор, влияещ върху стойността на DC, е хипервентилация.Допълнителният CO2, издишван по време на хипервентилация, идва от онези огромни запаси от CO2, които
Таблица 10.2. Енергиен еквивалент на 1 l O 2 при различни дихателни коефициенти
| Дихателен коефициент | Енергиен еквивалент | |
| kJ | ккал | |
| 0,707 | 19,62 | 4,686 |
| 0,75 | 19,84 | 4,739 |
| 0,80 | 20,10 | 4,801 |
| 0,85 | 20,36 | 4,862 |
| 0,90 | 20,62 | 4,924 |
| 0,95 | 20,87 | 4,985 |
| 1,00 | 21,13 | 5,047 |
На практика, с приблизителни изчисления, средната стойност на енергийния еквивалент се приема равна на 20,2 kJ / l O 2, което съответства на стойността на метаболитния DC = 0,82. Диапазонът на колебанията на енергийния еквивалент в зависимост от стойността на DC, като правило, е малък. Следователно грешката, свързана с използването на средната стойност на енергийния еквивалент, не надвишава ± 4%.
Дихателен коефициентСъотношението между количеството отделен въглероден диоксид и количеството поет кислород се нарича. Дихателният коефициент е различен за окисляването на протеини, мазнини и въглехидрати.
Помислете първо какво ще бъде респираторен коефициенткогато тялото консумира въглехидрати. Да вземем за пример глюкозата. Общият резултат от окисляването на глюкозна молекула може да се изрази с формулата:
C 6 H 12 O 6 + 6O2 \u003d 6CO 2 + 6H 2 O
Както може да се види от уравнението на реакцията, когато глюкозата се окислява, броят на образуваните молекули въглероден диоксид и изразходваният (абсорбиран) кислород са равни. Еднакъв брой газови молекули при еднаква температура и едно и също налягане заемат една и съща (закон на Авогадро-Жерар). Следователно дихателният коефициент (съотношение CO 2 /O 2 ) по време на окисление на глюкозата е равен на единица. Този коефициент е същият за окисляването на други въглехидрати.
Дихателен коефициентще бъде под единица, когато се окисли и протеини. Когато мазнините се окисляват, респираторният коефициент е 0,7. Това може да се провери въз основа на резултата от окисляването на някои мазнини. Ние илюстрираме това с примера на окисление на трипалмитин:
2C 3 H 5 (C 15 H 31 COO) 3 + 145 O 2 \u003d 102 CO 2 + 98 H 2 O.
Съотношението между обемите въглероден диоксид и кислород в този случай е:
102 CO 2 / 145O 2 \u003d 0,703.
Подобни изчисления могат да бъдат направени за протеини; когато се окисляват в тялото, дихателният коефициент е 0,8.
При смесена храна при хората дихателният коефициент обикновено е 0,85-0,9.
Тъй като броят на калориите, освободени от консумацията на кислород, е различен в зависимост от това дали протеините, мазнините или въглехидратите се окисляват в тялото, ясно е, че той трябва да бъде различен и в зависимост от стойността на дихателния коефициент, който е индикатор за това кои вещества се окисляват в организма.организъм.
Определен калориен еквивалент на кислород съответства на определен респираторен коефициент, както може да се види от следната таблица:
При някои състояния, например в края на интензивна мускулна работа, стойността на респираторния коефициент, определена за кратък период от време, не отразява консумацията на протеини, мазнини и въглехидрати.
Дихателен коефициент при работа
При интензивна мускулна работа дихателният коефициент се увеличава и в повечето случаи се доближава до единица. Това е така, защото основният източник на енергия при интензивна работа е окисляването на въглехидратите. В края на работата дихателният коефициент през първите няколко минути, така нареченият възстановителен период, рязко се повишава и може да надхвърли единица. В следващия период респираторният коефициент рязко намалява до стойности, по-ниски от първоначалните, и само след 30-50 минути след два часа усилена работа може да се върне към нормалните стойности. Тези промени в респираторния коефициент показват ориз. 98.
Промените в респираторния коефициент в края на работа не отразяват истинската връзка между използвания в момента кислород и отделения въглероден диоксид. Коефициентът на дишане в началото на периода на възстановяване се увеличава поради следната причина: по време на работа в мускулите се натрупва млечна киселина, за чието окисление не е имало достатъчно кислород по време на работа ( ). Тази млечна киселина навлиза в кръвния поток и измества въглеродния диоксид от бикарбонатите чрез добавяне на основи. Поради това количеството отделен въглероден диоксид е по-голямо от количеството въглероден диоксид, образуван в момента в тъканите.
|
Обратната картина се наблюдава в последващия период, когато млечната киселина постепенно изчезва от кръвта. Част от него се окислява, част се ресинтезира в оригиналния продукт, част се екскретира с урината и потта. С намаляването на млечната киселина се освобождават основи, които преди това са били отнети от бикарбонатите. Тези основи отново образуват бикарбонати и следователно след известно време след работа настъпва рязък спад на дихателния коефициент поради задържането на въглероден диоксид, идващ от тъканите в кръвта. Ориз. 98. Криви на четири наблюдения на промените в респираторния коефициент по време и след два часа интензивна работа (според Talbot, Henderson, Dill и др.). |
(DC) е съотношението на обема на въглеродния диоксид, отделен по време на дишането, към обема на абсорбирания кислород.
Стойността на дихателния коефициент на растенията
DC стойностпоказва както естеството на материала, окислен по време на дишането, така и вида на дишането; може да бъде равно на едно, повече или по-малко от него. Когато въглехидратите се окисляват, обемите на обменените газове въглероден диоксид и кислород са равни и съотношението CO 2: 0 2 е равно на едно. В този случай кислородът, изразходван по време на дишането, се използва само за окисляването на въглерода до въглероден диоксид, тъй като съотношението на водород и кислород в молекулата на глюкозата е такова, че за окисляването на водорода до вода има достатъчно кислород в захарта самата молекула. Когато редица органични киселини се окисляват, дихателният коефициент на растенията е по-голям от единица. И така, оксаловата киселина е съединение, по-богато на кислород от въглехидратите. Кислородът, присъстващ в молекулата, е достатъчен не само за окисляването на водорода до вода, но част от него остава за окисляването на въглерода; следователно за пълното окисляване на две молекули оксалова киселина е достатъчна една молекула кислород: 2C 2 H 2 O 4 + O 2 → 4CO 2 + 2H 2 O, DC (4CO 2: O 2) в този случай е 4 , В случаите, когато растението диша поради протеини или мазнини, в чиято молекула има много водород и въглерод и малко кислород, DC е по-малко от единица, тъй като за да се окисли целият въглерод и водород в тези съединения, е необходимо да се абсорбира голям бройкислород. Когато стеариновата киселина се окислява, реакцията на окисление ще протече както следва: C 18 H 26 O 2 + 26O 2 → 18CO 2 + 18H 2 O. DC (18CO 2: 26O 2) е 0,69. Така при окисление на въглехидрати DC е равен на едно, органични киселини - повече от едно, протеини и мазнини - по-малко от едно.
Топлинен ефект по време на дишането на растенията
топлинен ефектще има обратна стойност на DC: максималният топлинен ефект ще бъде по време на окисляването на мазнините, тъй като те са най-редуцираните съединения. Зависимостта на стойността на DC от природата на респираторния материал се наблюдава само когато заобикаляща средаи растителните тъкани имат достатъчно кислород. Въпреки това, по време на окисляването на същия дихателен материал, но с липса на кислород в околната среда и растителните тъкани, стойностите на DC също могат да се променят. Ако има малко кислород, тогава окислението не достига до края и в допълнение към въглеродния диоксид и водата се образуват органични киселини, които са по-окислени от въглехидратите. В този случай DC ще бъде по-малко от единица, тъй като част от абсорбирания кислород ще остане в молекулите на образуваните органични киселини, докато ще се отдели по-малко въглероден диоксид. Ще се отдели и по-малко енергия, тъй като част от нея ще остане в органични киселини.Дихателният коефициент е съотношението на обема на отделения въглероден диоксид към обема на абсорбирания кислород. Дихателният коефициент е различен за окисляването на протеини, мазнини и въглехидрати. Помислете например какъв ще бъде дихателният коефициент, когато тялото използва глюкоза. Общият резултат от окисляването на глюкозна молекула може да се изрази с формулата:
Когато глюкозата се окислява, броят на образуваните молекули въглероден диоксид и броят на консумираните (абсорбирани) молекули кислород са равни. Еднакъв брой газови молекули при еднаква температура и едно и също налягане заемат същия обем (закон на Авогадро-Жерар). Следователно респираторният коефициент
съотношение) по време на окисляването на глюкоза и други въглехидрати е равно на единица.
При окисляването на мазнини и протеини дихателният коефициент ще бъде под единица. Когато мазнините се окисляват, респираторният коефициент е 0,7. Нека илюстрираме това с примера на окисление на трипалмитин:
Съотношението между обемите въглероден диоксид и кислород в този случай е:
Подобно изчисление може да се направи за протеина; когато се окислява в тялото, респираторният коефициент е 0,8.
При смесена храна при хората дихателният коефициент обикновено е 0,85-0,9. Определен калориен еквивалент на кислород съответства на определен респираторен коефициент, както се вижда от табл. 20.
Таблица 20 Връзка между респираторния коефициент и калоричния кислороден еквивалент
Определяне на енергийния метаболизъм при човек в покой по метода на затворена система с непълен газов анализ. Много постоянният респираторен коефициент (0,85-0,90) при хора с нормално хранене в покой позволява сравнително точно определяне на енергийния метаболизъм при човек в покой, като се изчисли само количеството консумиран кислород и се вземе неговия калориен еквивалент при средния дихателен коефициент.
Количеството кислород, консумирано от тялото, се изследва с помощта на различни видове спирографи.
