Определяне на дихателния коефициент (RC) на растенията.
Респираторен коефициентрастения е съотношението на количеството въглероден диоксид, освободен по време на дишането, към количеството кислород, погълнат през същото време.
Стойността на DC зависи от химическа природа дихателен субстрата, биологични характеристики на растенията, условия на снабдяване с кислород и други причини.
В тази статия стойността на DC се разглежда в зависимост от дихателния субстрат. Ако въглехидратите са субстратът, тогава DC=1; ако субстратът е повече богати на водород мазнини или някои протеини, DC е по-малък от 1 и обикновено е равен на 0,3-0,7; когато субстратите са органични киселини, DC е по-голям от 1.
напредък.
Епруветката се пълни до половината с покълнали семена, затваря се с тапа, в която се вкарва тънка стъклена тръба, огъната под прав ъгъл. Хоризонталното коляно на тръбата трябва да бъде градуирано или към него трябва да се прикрепи лента от милиметрова хартия. Поставете капка вазелиново масло или вода в епруветката.
Устройството 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-голям или по-малък от 1, капката в тръбата ще се премести. Необходимо е да се определи изместването на капката три пъти за 5 минути и да се намери средната стойност (A).
A е разликата между обемите на абсорбиран Og и освободен CO2.
Отстранете запушалката, проветрете епруветката, поставете диск от филтърна хартия, навлажнен с 20% разтвор на KOH в горната част на епруветката. Затворете запушалката, поставете капка масло, определете движението на капката през три петминутни интервала, изчислете средната стойност (B). Алкалът абсорбира CO2, освободен по време на дишане. Движението на капката сега съответства на усвояването на O2.
Изчисленията могат да се направят по следната формула:
Оборудване и реактиви:
Широка плоскодънна епруветка със запушалка, в която се поставя капилярна тръба, широка чаша с памучна вата, пясъчен часовник за 5 минути, пинсети, кръгчета от филтърна хартия, вазелиново масло, 20% разтвор на KOH, покълнали семена (пшеница, слънчоглед, рициново зърно, боб и др.).
Въпроси за преглед:
Условия.
амилаза- ензими от класа хидролаза, катализиращи хидролизата на резервни полизахариди (нишесте, гликоген). Амилазите се намират в животни (панкреатичен сок), във висши растения (покълнали семена) и в микроорганизми. В зависимост от естеството на действие се разграничават а-амилази (те разцепват а-1,4 връзките в полизахаридната молекула), (3-амилази (последователно отцепват малтозата от нередуциращите краища на полимерните вериги) и глюкоамилази (те разграждат полизахарида с образуването на свободна глюкоза).
гликолиза- пътят на Embden-Meyerhof-Parnaea, ензимен анаеробен процес на нехидролитично разграждане на въглехидратите до PVC. Филогенетично това е най-древният път, широко разпространен в природата, играе важна роля в метаболизма на живите организми. Осигурява на клетката енергия в условия на недостатъчно снабдяване с кислород.
Дехидрогеназа- ензими от класа оксидоредуктаза, катализиращи реакциите на разцепване на водорода от един субстрат и пренасянето му в друг. Участва 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 йони на двувалентни метали като Zn.
Аеробни дехидрогенази- двукомпонентни ензими, наричани още флавопротеини. Освен протеини, те съдържат и простетична група - рибофлавин (витамин Bg). Анаеробните дехидрогенази служат като донори на електрони за аеробни дехидрогенази, а хиноните, цитохиноните и кислородът служат като акцептори.
Дъх- присъщи на всички органи, тъкани и клетки на растенията; осъществява се от въглехидратите. Интензивността на дишането се определя от количеството на погълнатия O2 или освободения CO2 и зависи от онтогенезата, морфологичните особености, температурата и др.
Респираторен коефициент- съотношението на обема на CO2, освободен от тялото при дишане, към обема на погълнатия за същото време О2; характеризира особеностите на газообмена и обмяната на веществата в живите организми. Респираторният коефициент зависи от химичната природа на дихателния субстрат а, съдържанието на CO2 и 02 в атмосферата и др.
каталаза- ензим от класа оксидоредуктаза, катализира разграждането на токсичен за организма водороден прекис (H2O2) с образуването на H20 и 02. Широко разпространен ензим, открит в специализирани органели - пероксизоми и глиоксизоми. Протетичната група на каталазата е хем, който съдържа железен атом. Молекулна маса 250000.
оксидази- ензими от класа оксидоредуктази, катализиращи редокс 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 АТФ молекули от ADR и неорганичен фосфат поради енергията на молекулярното окисление органична материя. Среща се само в живите системи. Този процес е открит през 1930 г. от V. A. Engelgard и е свързан с пренасянето на електрони по веригата за транспорт на електрони, вградена във вътрешната мембрана на митохондриите.
10.1.5. Респираторен коефициент
Респираторният коефициент или съотношението на белодробния газообмен (RC) характеризира вида на използване на храната в метаболизма. Този индикатор се определя, както следва:
където VОсвобождаване на CO 2 - CO 2 и консумация 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 единица е индикатор за въглехидратно окисление(Таблица 10.1).
Таблица 10.1. Стойностите на дихателните 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 окисляване 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 окисляване 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 хора дихателният коефициент обикновено е 0,83-0,9. Определен DC съответства на определена енергия (калоричен) кислороден еквивалент(Таблица 10.2), което означава количеството топлина, отделяно след консумацията на 1 литър O 2 от тялото.
Съотношението между количеството на изпуснатия CO 2 и консумирания O 2 зависи както от вида на хранителните вещества, така и от трансформацията на едни хранителни вещества в други. В случаите, когато преобладаващата част от диетата са въглехидратите, те могат да се превърнат 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 DC 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
| Респираторен коефициент | Енергиен еквивалент | |
| kJ | kcal | |
| 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 флуктуациите 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%.
Респираторен коефициентНарича се съотношението между количеството освободен въглероден диоксид и количеството поет кислород. Дихателният коефициент е различен за окисляването на протеини, мазнини и въглехидрати.
Помислете първо какво ще бъде дихателен коефициенткогато тялото консумира въглехидрати. Да вземем глюкозата за пример. Общият резултат от окисляването на глюкозната 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 изразходвания (абсорбиран) кислород са равни. Равен брой газови молекули при една и съща температура и едно и също налягане заема една и съща (законът на Авогадро-Жерар). Следователно дихателният коефициент (съотношение CO 2 /O 2) по време на окисление на глюкоза е равен на единица. Този коефициент е същият за окисляването на други въглехидрати.
Респираторен коефициентще бъде под единица при окисляване и протеини. Когато мазнините се окисляват, дихателният коефициент е 0,7. Това може да се провери въз основа на резултата от окисляването на някои мазнини. Илюстрираме това с примера за 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 се направят за протеини; когато се окисляват в организма, дихателният коефициент е 0,8.
При смесена храна при хора 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 също трябва да бъде различен в зависимост от стойността на дихателния коефициент, който е индикатор за това кои вещества се окисляват в тялото.
Определен калориен еквивалент на кислород съответства на определен дихателен коефициент, както може да се види от следната таблица:
При някои състояния, например в края на интензивна мускулна работа, стойността на дихателния 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 един. Това е така, защото основният източник на енергия по време на интензивна работа е окисляването на въглехидратите. В края на работата дихателният коефициент през първите няколко минути, така наречения период на възстановяване, се повишава рязко и може да надвиши единица. В следващия период дихателният коефициент рязко намалява до стойности, по-ниски от първоначалните, и само след 30-50 минути след два часа упорита работа може да се върне към нормалните стойности. Тези промени в дихателния коефициент показват ориз. 98.
Промените в дихателния коефициент в края на работа не отразяват истинската връзка между използвания в момента кислород и освободения въглероден диоксид. Коефициентът на дишане в началото на периода на възстановяване се увеличава по следната причина: по време на работа в мускулите се натрупва млечна киселина, за чието окисляване нямаше 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 освободен въглероден диоксид е по-голямо от количеството въглероден диоксид, образуван в момента в тъканите.
|
Обратната картина се наблюдава в следващия 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 основите, 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 дихателния коефициент по време и след два часа интензивна работа (според Talbot, Henderson, Dill и др.). |
(DC) е съотношението на обема на въглеродния диоксид, освободен по време на дишането, към обема на погълнатия кислород.
Стойността на дихателния коефициент на растенията
DC стойностпосочва 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, консумиран по време на дишането, се използва само за окисляване на въглерод до въглероден диоксид, тъй като съотношението на водорода и кислорода в молекулата на глюкозата е такова, че за окисляването на водорода към водата има достатъчно кислород в захарта самата молекула. Когато се окислят редица органични киселини, дихателният коефициент на растенията е по-голям от единица. Така че оксаловата киселина е съединение, по-богато на кислород от въглехидратите. Кислородът, присъстващ в молекулата, не само е достатъчен за окисляването на водорода до вода, но и част от него остава за окисляването на въглерода; следователно, за пълното окисление 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 голямо количество кислород трябва да се абсорбира, за да се окисли целия въглерод и водород в тези съединения. Когато стеариновата киселина се окисли, реакцията на окисление ще протече по следния начин: C 18 H 26 O 2 + 26O 2 → 18CO 2 + 18H 2 O. DC (18CO 2: 26O 2) е 0,69. Така при окисляване на въглехидратите DC е равен на единица, органичните киселини - повече от едно, протеините и мазнините - по-малко от едно.
Топлинен ефект по време на дишането на растенията
термичен ефектще има обратна стойност на DC: максималният термичен ефект ще бъде по време на окисляването на мазнините, тъй като те са най-редуцираните съединения. Зависимостта на стойността на DC от естеството на респираторния материал се наблюдава само когато околен святи растителните тъкани имат достатъчно кислород. Въпреки това, по време на окисляването на същия дихателен материал, но при липса на кислород в околната среда и растителните тъкани, стойностите на DC също могат да се променят. Ако има малко кислород, тогава окисляването не отива до края и освен въглероден диоксид и вода се образуват органични киселини, които са по-окислени от въглехидратите. В този случай DC ще бъде по-малък от единица, тъй като част от абсорбирания кислород ще остане в молекулите на образуваните органични киселини, докато ще се освободи по-малко въглероден диоксид. Ще се освободи и по-малко енергия, тъй като част от нея ще остане в органични киселини.Респираторният коефициент е съотношението на обема на освободения въглероден диоксид към обема на погълнатия 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 глюкозната 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. Равен брой газови молекули при една и съща температура и едно и също налягане заемат същия обем (закон на Авогадро-Жерар). Следователно, дихателният коефициент
съотношението) по време на окисляването на глюкозата и другите въглехидрати е равно на единица.
С окисляването на мазнините и протеините дихателният коефициент ще бъде под единица. Когато мазнините се окисляват, дихателният коефициент е 0,7. Нека илюстрираме това с примера за окисление на трипалмитин:
Съотношението между обемите въглероден диоксид и кислород в този случай е:
Подобно изчисление може да се направи за протеин; когато се окислява в организма, дихателният коефициент е 0,8.
При смесена храна при хора дихателният коефициент обикновено е 0,85-0,9. Определен калориен еквивалент на кислород съответства на определен дихателен коефициент, както се вижда от табл. двадесет.
Таблица 20 Връзка между дихателния коефициент и калоричния кислороден еквивалент
Определяне на енергийния метаболизъм при човек в покой по метода на затворена система с непълен газов анализ. Много постоянният дихателен коефициент (0,85-0,90) при хора с нормално хранене в покой позволява доста точно определяне на енергийния метаболизъм при човек в покой, като се изчислява само количеството на консумирания кислород и се взема неговият калориен еквивалент при средния дихателен коефициент.
Количеството кислород, консумирано от тялото, се изследва с помощта на различни видове спирографи.
