Određivanje respiratornog koeficijenta (RK) biljaka.
Respiracijski koeficijent biljaka je omjer količine ugljičnog dioksida koji se oslobađa tijekom disanja i količine kisika apsorbiranog za isto vrijeme.
Vrijednost DC ovisi o kemijske prirode respiratorni supstrat a, biološke karakteristike biljaka, uvjeti opskrbe kisikom i drugi razlozi.
Ovaj rad ispituje DC vrijednost ovisno o dišnom supstratu. Ako su supstrat ugljikohidrati, tada je DC = 1; ako su supstrat više vodikom bogate masti ili neki proteini, DC je manji od 1 i obično jednak 0,3-0,7; kada su supstrati organske kiseline, DC je veći od 1.
Napredak.
Epruveta se do pola napuni proklijalim sjemenkama, zatvori čepom u koji se stavi tanka staklena cjevčica savijena pod pravim kutom. Horizontalno koljeno cijevi treba biti graduirano ili se na njega treba pričvrstiti traka milimetarskog papira. Stavite kap vazelinskog ulja ili vode u cijev.
Uređaj se stavlja u čašu s vatom (da se ne zagrijava od ruku). Promatrajte kretanje meniskusa u staklenoj cijevi. Ako je DC = 1, kap ostaje nepomična u cijevi. Ako je DC veći ili manji od 1, kap u cijevi će se pomaknuti. Potrebno je tri puta po 5 minuta odrediti pomak kapi i pronaći srednju vrijednost (A).
A je razlika između volumena apsorbiranog O2 i oslobođenog CO2.
Uklonite čep, prozračite epruvetu i u gornji dio epruvete stavite disk filter papira navlaženog 20% otopinom KOH. Zatvorite čep, dodajte kap ulja, odredite kretanje kapi u tri petominutna intervala i izračunajte srednju vrijednost (B). Alkalije apsorbiraju CO2 koji se oslobađa disanjem. Kretanje kapi sada odgovara apsorpciji O2.
Izračuni se mogu napraviti pomoću sljedeće formule:
Oprema i reagensi:
Široka epruveta ravnog dna s čepom u koji je umetnuta izlazna cijev kapilare, široka čaša s vatom, pješčani sat na 5 minuta, pinceta, krugovi filter papira, vazelin, 20% otopina KOH, proklijale sjemenke ( pšenica, suncokret, ricinusovo ulje, grah, itd.).
Pitanja za pregled:
Pojmovi.
amilaza- enzimi klase hidrolaza, katalizirajući hidrolizu rezervnih polisaharida (škrob, glikogen). Amilaze se nalaze u životinja (sok gušterače), u višim biljkama (proklijalo sjeme) i u mikroorganizmima. Ovisno o prirodi djelovanja, razlikuju se a-amilaze (cijepaju a-1,4-veze u molekuli polisaharida), (3-amilaze (sekvencijalno cijepaju maltozu s nereducirajućih krajeva polimernih lanaca) i glukoamilaze. (cijepaju polisaharid da nastane slobodna glukoza).
Glikoliza- Embden-Meyerhof-Parnaea put, enzimatski anaerobni proces nehidrolitičke razgradnje ugljikohidrata do PVC-a. Ovo je filogenetski najstariji put, raširen u prirodi i igra važnu ulogu u metabolizmu živih organizama. Opskrbljuje stanicu energijom u uvjetima nedovoljne opskrbe kisikom.
Dehidrogenaza- enzimi klase oksidoreduktaza, kataliziraju reakcije apstrakcije vodika iz jednog supstrata i prijenosa na drugi. Sudjeluju u procesima katabolizma svih vrsta hranjivih tvari. Koenzimi dehidrogenaza su obično NAD, NADR, | FAD, FMN. Reakcije koje uključuju dehidrogenaze temelj su biološke oksidacije, koja je usko povezana s opskrbom stanica energijom.
Dehidrogenaze su anaerobne- dvokomponentni enzimi, čiji koenzim može biti NAD + i NADP +. Kada se supstrat oksidira, NAD+ se pretvara u reducirani oblik NADH. Anaerobne dehidrogenaze prenose vodik, odnosno elektrone i protone, na različite intermedijarne nosače i aerobne dehidrogenaze. Supstratna specifičnost enzima ovisi o njegovom proteinskom dijelu. Mnoge dehidrogenaze sadrže ione dvovalentnih metala, poput Zn.
Aerobne dehidrogenaze- dvokomponentni enzimi, koji se nazivaju i flavoproteini. Osim proteina, sadrže prostetičku skupinu - riboflavin (vitamin Br). Donori elektrona aerobnih dehidrogenaza su anaerobne dehidrogenaze, a akceptori su kinoni, citokinoni i kisik.
Dah- svojstven svim organima, tkivima i stanicama biljaka; provodi zbog ugljikohidrata. Intenzitet disanja određen je količinom apsorbiranog O2 ili oslobođenog CC i ovisi o ontogenezi, morfološkim značajkama, temperaturi i dr.
Respiracijski koeficijent- omjer volumena CO2 oslobođenog iz tijela tijekom disanja i volumena O2 apsorbiranog za isto vrijeme; karakterizira značajke izmjene plinova i metabolizma u živim organizmima. Respiracijski koeficijent ovisi o kemijskoj prirodi respiratornog supstrata, sadržaju CO2 i O2 u atmosferi itd.
Katalaza- enzim iz klase oksidoreduktaza, katalizira reakciju razgradnje vodikovog peroksida (H2O2), toksičnog za tijelo, uz stvaranje H20 i O2.Rasprostranjen enzim, nalazi se u specijaliziranim organelama - peroksisomima i glioksisomima. Protetska skupina katalaze je hem koji sadrži atom željeza. Molekulska masa 250000.
Oksidaze- enzimi klase oksidoreduktaza, kataliziraju redoks reakcije u kojima atmosferski kisik služi kao akceptor vodika. U tom slučaju nastaje voda ili H2O2.Koenzim mnogih oksidaza su derivati vitamina B2 – FAD ili FMN. Oksidaze su široko rasprostranjene u prirodi i igraju važnu ulogu u katabolizmu i detoksikaciji raznih tvari.
Oksidativne fosforilacije- proces sinteze molekula ATP-a iz ADR i anorganskog fosfata zahvaljujući energiji oksidacije molekula organska tvar. Javlja se samo u živim sustavima. Ovaj proces je 1930. otkrio V. A. Engelhard i povezan je s prijenosom elektrona duž lanca prijenosa elektrona ugrađenog u unutarnju membranu mitohondrija.
10.1.5. Respiracijski koeficijent
Respiracijski koeficijent ili omjer plućne izmjene plinova (PG) karakterizira vrstu upotrebe prehrambenih proizvoda u metabolizmu. Ovaj pokazatelj se određuje na sljedeći način:
Gdje V CO 2 je ispuštanje CO 2, a O 2 je potrošnja O 2. U slučaju oksidacije glukoze, količina utrošenog kisika i količina oslobođenog ugljičnog dioksida jednake su, pa je DC = 1. Dakle, vrijednost DC od jedan je pokazatelj oksidacije ugljikohidrata(Tablica 10.1).
Tablica 10.1. Vrijednosti respiratornih koeficijenata (RC) i energetskih ekvivalenata tijekom oksidacije različitih hranjivih tvari
| Hranjive tvari | DK | Energetski ekvivalenti | |
| kJ/l O 2 | kcal/l O 2 | ||
| Ugljikohidrati | 1,00 | 21,1 | 5,05 |
| masti | 0,70 | 19,6 | 4,69 |
| Vjeverice | 0,81 | 18,8 | 4,48 |
Značaj DC-a u slučaju oksidacije masti može imati jednostavno objašnjenje. Zbog činjenice da u masnim kiselinama ima manje atoma kisika po atomu ugljika nego u ugljikohidratima, njihovu oksidaciju karakterizira znatno niži respiratorni koeficijent (DC = 0,7). U slučaju oksidacije čisto proteinske hrane, DC je jednak 0,81 (tablica 10.1). Uz miješanu hranu, respiratorni kvocijent osobe je obično 0,83-0,9. Određeni DC odgovara određenoj energiji (kalorijski) ekvivalent kisika(Tablica 10.2), što označava količinu topline koja se oslobodi nakon što tijelo potroši 1 litru O 2 .
Omjer između količine oslobođenog CO 2 i utrošenog O 2 ovisi kako o vrsti hranjivih tvari tako i o pretvorbi jednih hranjivih tvari u druge. U slučajevima kada ugljikohidrati čine većinu prehrane, oni se mogu pretvoriti u masti. Zbog činjenice da masti sadrže manje kisika od ugljikohidrata, ovaj proces prati oslobađanje odgovarajuće količine kisika. Kada postoji prezasićenost ugljikohidratima, količina kisika apsorbiranog u tkivima se smanjuje, a DC raste. U slučaju prisilnog hranjenja (guske i svinje), zabilježene su DC vrijednosti poput 1,38. Tijekom razdoblja posta i dijabetes melitusa, DC se može smanjiti na vrijednost jednaku 0,6. To je zbog povećanja intenziteta metabolizma masti i proteina uz smanjenje metabolizma glukoze.
Važan faktor koji utječe na DC vrijednost je hiperventilacija. Dodatna količina CO 2 koja se izdahne tijekom hiperventilacije dolazi iz onih golemih zaliha CO 2 koje
Tablica 10.2. Energetski ekvivalent od 1 l O 2 pri različitim respiratornim koeficijentima
| Respiracijski koeficijent | Energetski ekvivalent | |
| 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 |
U praksi se u aproksimativnim proračunima uzima srednja vrijednost energetskog ekvivalenta 20,2 kJ/l O 2, što odgovara metaboličkoj vrijednosti DC = 0,82. Raspon kolebanja energetskog ekvivalenta ovisno o istosmjernoj vrijednosti je u pravilu mali. Stoga pogreška povezana s korištenjem prosječne vrijednosti ekvivalenta energije ne prelazi ± 4%.
Respiracijski koeficijent naziva se omjer volumena oslobođenog ugljičnog dioksida i apsorbiranog kisika. Respiracijski koeficijent različit je tijekom oksidacije bjelančevina, masti i ugljikohidrata.
Prvo razmislimo kakav će biti respiratorni kvocijent kada tijelo troši ugljikohidrate. Uzmimo glukozu kao primjer. Ukupni rezultat oksidacije molekule glukoze može se izraziti formulom:
C6H1206+6O2=6CO2+6H20
Kao što se može vidjeti iz reakcijske jednadžbe, tijekom oksidacije glukoze broj molekula ugljičnog dioksida koji nastaje i utrošenog (apsorbiranog) kisika jednak je. Jednak broj molekula plina pri istoj temperaturi i istom tlaku zauzima isti prostor (Avogadro-Gerardov zakon). Posljedično, respiratorni koeficijent (omjer CO 2 /O 2 ) tijekom oksidacije glukoze jednak je jedinici. Ovaj koeficijent je isti za oksidaciju ostalih ugljikohidrata.
Respiracijski koeficijent bit će ispod jedinice tijekom oksidacije proteina. Tijekom oksidacije masti, respiratorni koeficijent je 0,7. To se može provjeriti na temelju rezultata oksidacije neke masti. Ovo ćemo ilustrirati na primjeru oksidacije tripalmitina:
2C3H5 (C15H31COO)3 + 145 O2 = 102 CO2 + 98 H2O.
Omjer volumena ugljičnog dioksida i kisika u ovom je slučaju jednak:
102 CO2/145 O2 = 0,703.
Slični izračuni mogu se napraviti za proteine; kada se oksidiraju u tijelu, respiratorni koeficijent je 0,8.
Uz mješovitu hranu, respiratorni koeficijent osobe obično iznosi 0,85-0,9.
Budući da se broj kalorija koje se oslobađaju utroškom kisika razlikuje ovisno o tome jesu li u tijelu oksidirane bjelančevine, masti ili ugljikohidrati, jasno je da bi trebao biti različit i ovisno o vrijednosti respiratornog koeficijenta koji je pokazatelj koje su tvari oksidiraju se u tijelu.tijelo.
Određeni respiratorni koeficijent odgovara određenom kalorijskom ekvivalentu kisika, kao što se može vidjeti iz sljedeće tablice:
U nekim stanjima, primjerice na kraju intenzivnog mišićnog rada, vrijednost respiratornog koeficijenta određena u kratkom vremenskom razdoblju ne odražava utrošak bjelančevina, masti i ugljikohidrata.
Respiracijski kvocijent na poslu
Tijekom intenzivnog rada mišića respiratorni koeficijent se povećava iu većini slučajeva se približava jedinici. To se objašnjava činjenicom da je glavni izvor energije tijekom intenzivnog rada oksidacija ugljikohidrata. Na kraju rada, respiratorni koeficijent tijekom prvih nekoliko minuta, takozvano razdoblje oporavka, naglo se povećava i može premašiti jedinicu. U sljedećem razdoblju respiratorni koeficijent naglo opada na vrijednosti niže od početnih, a tek 30-50 minuta nakon dva sata napornog rada može se vratiti na normalne vrijednosti. Ove promjene u respiratornom kvocijentu pokazuju riža. 98.
Promjene u respiratornom kvocijentu na kraju rada ne odražavaju pravi odnos između trenutačno korištenog kisika i oslobođenog ugljičnog dioksida. Respiracijski koeficijent na početku razdoblja oporavka raste iz sljedećeg razloga: tijekom rada u mišićima se nakuplja mliječna kiselina za čiju oksidaciju tijekom rada nije bilo dovoljno kisika ( ). Ova mliječna kiselina ulazi u krv i istiskuje ugljikov dioksid iz bikarbonata, pričvršćujući baze. Zbog toga je količina ugljičnog dioksida koja se oslobađa veća od količine ugljičnog dioksida koja se trenutno stvara u tkivima.
|
Suprotna slika se opaža u narednom razdoblju, kada mliječna kiselina postupno nestaje iz krvi. Dio se oksidira, dio se ponovno sintetizira u izvorni produkt, a dio se izlučuje urinom i znojem. Kako se mliječna kiselina smanjuje, oslobađaju se baze koje su prethodno bile oduzete iz bikarbonata. Ove baze ponovno stvaraju bikarbonate, pa se nakon nekog vremena nakon rada javlja nagli pad respiratornog koeficijenta zbog zadržavanja ugljičnog dioksida koji dolazi iz tkiva u krvi. Riža. 98. Krivulje četiri promatranja promjena respiratornog koeficijenta tijekom i nakon dva sata intenzivnog rada (prema Talbotu, Hendersonu, Dillu i dr.). |
(DC) je omjer volumena ugljičnog dioksida oslobođenog tijekom disanja i volumena apsorbiranog kisika.
Vrijednost respiratornog koeficijenta biljke
DC vrijednost označava i prirodu materijala oksidiranog tijekom disanja i vrstu disanja; može biti jednako, veće ili manje od jedan. Pri oksidaciji ugljikohidrata volumeni izmijenjenih plinova, ugljikova dioksida i kisika, jednaki su, a omjer C0 2 : 0 2 jednak je jedinici. U tom slučaju kisik potrošen tijekom disanja koristi se samo za oksidaciju ugljika u ugljični dioksid, jer je omjer vodika i kisika u molekuli glukoze takav da za oksidaciju vodika u vodu ima dovoljno kisika u šećeru. sama molekula. Kada se više organskih kiselina oksidira, respiratorni koeficijent biljaka je veći od jedan. Dakle, oksalna kiselina je spoj bogatiji kisikom od ugljikohidrata. Kisik prisutan u molekuli nije dovoljan samo za oksidaciju vodika u vodu, već dio ostaje i za oksidaciju ugljika; dakle, za potpunu oksidaciju dviju molekula oksalne kiseline dovoljna je jedna molekula kisika: 2C 2 H 2 O 4 + O 2 → 4CO 2 + 2H 2 O, DC (4CO 2: O 2) u ovom slučaju je jednak do 4. U slučajevima kada biljka diše zahvaljujući bjelančevinama ili mastima, čija molekula sadrži puno vodika i ugljika, a malo kisika, DC je manji od jedan, jer da bi se oksidirao sav ugljik i vodik koji se nalaze u tim spojevima , potrebno je apsorbirati veliki broj kisik. Kada se stearinska kiselina oksidira, reakcija oksidacije odvijat će se na sljedeći način: C 18 H 26 O 2 + 26 O 2 → 18 CO 2 + 18 H 2 O. DC (18 CO 2: 26 O 2) je 0,69. Dakle, u slučaju oksidacije ugljikohidrata, DC je jednak jedan, organskih kiselina - više od jedan, proteina i masti - manje od jedan.
Toplinski učinak tijekom disanja biljke
Toplinski učinak imat će suprotnu vrijednost od DC: maksimalni toplinski učinak bit će tijekom oksidacije masti, jer su one najreduciraniji spojevi. Ovisnost DC vrijednosti o prirodi respiratornog materijala uočava se samo u slučaju kada okoliš a biljna tkiva imaju dovoljno kisika. Međutim, tijekom oksidacije istog dišnog materijala, ali s nedostatkom kisika u okolišu i biljnim tkivima, DC vrijednosti se također mogu promijeniti. Ako ima malo kisika, tada se oksidacija ne odvija do kraja i osim ugljičnog dioksida i vode nastaju organske kiseline koje su jače oksidirane od ugljikohidrata. U tom će slučaju DC biti manji od jedan, jer će dio apsorbiranog kisika ostati u molekulama nastalih organskih kiselina, dok će se osloboditi manje ugljičnog dioksida. Manje energije će se osloboditi, jer će dio biti pohranjen u organskim kiselinama.Respiracijski koeficijent je omjer volumena oslobođenog ugljičnog dioksida i volumena apsorbiranog kisika. Respiracijski koeficijent različit je tijekom oksidacije bjelančevina, masti i ugljikohidrata. Razmotrimo, na primjer, koliki će biti respiratorni kvocijent kada tijelo koristi glukozu. Ukupni rezultat oksidacije molekule glukoze može se izraziti formulom:
Tijekom oksidacije glukoze jednak je broj molekula ugljičnog dioksida koji nastaje i broj molekula kisika koji se potroši (apsorbira). Jednak broj molekula plina pri istoj temperaturi i istom tlaku zauzima isti volumen (Avogadro-Gerardov zakon). Prema tome, respiratorni kvocijent
omjer) tijekom oksidacije glukoze i drugih ugljikohidrata jednak je jedinici.
Kada se masti i proteini oksidiraju, respiratorni kvocijent bit će ispod jedinice. Tijekom oksidacije masti, respiratorni koeficijent je 0,7. Ilustrirajmo to na primjeru oksidacije tripalmitina:
Omjer između volumena ugljičnog dioksida i kisika u ovom slučaju je:
Sličan izračun može se napraviti za proteine; kada se oksidira u tijelu, respiratorni koeficijent je 0,8.
Uz mješovitu hranu, respiratorni koeficijent osobe obično iznosi 0,85-0,9. Određeni respiratorni koeficijent odgovara određenom kalorijskom ekvivalentu kisika, što je vidljivo iz tablice. 20.
Tablica 20 Respiracijski kvocijent i omjer kalorijskog ekvivalenta kisika
Određivanje energetskog metabolizma u ljudi u mirovanju metodom zatvorenog sustava s nekompletnom plinskom analizom. Vrlo relativna postojanost respiratornog koeficijenta (0,85-0,90) kod ljudi s normalnom prehranom u uvjetima mirovanja omogućuje prilično točno određivanje energetskog metabolizma kod osobe u mirovanju, računajući samo količinu potrošene kisika i uzimajući njegov kalorijski ekvivalent u prosječni respiratorni koeficijent.
Količina kisika koju tijelo troši proučava se pomoću različitih vrsta spirografa.
