Respiratia anaeroba. Respiratia la plante. Influenta factorilor de mediu asupra intensitatii respiratiei.
Respiratia anaeroba
Definitie. Anaerob=fara aer Respiratia anaeroba este intalnita la organismele anaerobionte. Ea consta in oxidarea partiala sau totala a unor substante organice pana la formarea unui produs intermediar si a dioxidului de carbon. Din aceste oxidari nu se poate obtine apa iar cantitatea de energie chimica este mica 16-30 de Kcal.
Respiratia anaeroba
Definitie. Anaerob=fara aer Respiratia anaeroba este intalnita la organismele anaerobionte. Ea consta in oxidarea partiala sau totala a unor substante organice pana la formarea unui produs intermediar si a dioxidului de carbon. Din aceste oxidari nu se poate obtine apa iar cantitatea de energie chimica este mica 16-30 de Kcal.
Ecuatia reactiei chimice. C6H12O6 produs intermediar + CO2 +energie(~30Kcal.) Respiraţia anaeroba este caracteristica ciupercilor si bacteriilor, dar exista si la plantele superioare si ţesuturile animale. Astfel, datorita respiraţiei anaerobe, plantele superioare din culturile inundate pot supravieţui câteva zile. →
La animale, in celulele musculare, datorita unui efort prelungit, aportul de oxigen este insuficient pentru respiraţia aeroba. De aceea, in muşchi se acumulează o mare cantitate de acid lactic. El este toxic si blochează contracţia fibrelor musculare; astfel apar crampele musculare.
Pentru a pune in evidenta respiratia anaeroba la plante. -Se umple o eprubeta cu mercur si se plaseaza cu gura in jos, intr-un vas tot cu mercur incat sa nu patrunda aer in ea. -Se introduce in eprubeta seminte incoltite, umede. Se observa ca dupa un timp in eprubeta apare un gaz iar daca se introduce prin partea de jos putin NaOH, gazul dispare dovada ca gazul format a fost CO2. 2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O Daca se scot semintele, se constata ca au un miros de alcool etilic.
→
Plantele superioare respira anaerob numai in lipsa oxigenului si numai pentru scurt timp. Iata de ce, pe terenurile cu semanaturi inundate, apa trebuie drenata rapid. In cazul unei oxigenari inadecvate, excesul de acid lactic produs de respiratia anaeroba determina declansarea de crampe. Oxigenarea este ameliorata prin respiratii profunde si rapide.
Respiraţia anaeroba la bacterii si ciuperci se numeşte fermentaţie . Randamentul energetic este mult mai mic faţă de respiraţie. În cazul degradării fermentative a glucozei se traversează prima etapă – glicoliza; ca urmare se sintetizează numai două molecule de ATP şi nu 36, câte se sintetizează în respiraţie. Fermentaţiile sunt caracteristice microorganismelor unicelulare care au un metabolism anaerob. Se presupune că aceste mecanisme sunt similare cu cele ale primelor forme de viaţă care au apărut pe pământ şi care au trăit într -un mediu lipsit de oxigen. Există mai multe tipuri de fermentaţie; denumirea lor derivă de la un produs final pe care-l generează. Mai frecvente şi cu importanţă economică deosebit sunt fermentaţiile alcoolică şi lactică precum si cea acetica
Fermentaţia alcoolica este
produsa de unele ciuperci: drojdia de bere, drojdia vinului. Fermentaţia alcoolică – a fost descoperită Pasteur (1860) care a numit-o „viaţă fără aer”; este caracteristică unor drojdii (drojdia de bere, drojdia vinului) care degradează glucoza la doua molecule de acid piruvic. Acidul piruvic va fi apoi redus la alcool etilic cu producerea de dioxid de carbon care va fi eliberat din celulă ca produs rezidual. Umflarea şi caracterul alveolar al aluatului, ca şi fierberea mustului se datoresc acestui gaz degajat.
Reacţia poate fi sintetizată astfel: glicoliza fermentaţie Glucoza ———› acid piruvic ————› alcool etilic + CO2 alcool. Fermentaţia alcoolică este de o importanţă excepţională pentru existenţa oamenilor. Ea stă la baza preparării aluatului pentru pâine, a producerii vinului şi berii etc. Industria fermentativă este una dintre cele mai dezvoltate şi profitabile ramuri ale industriei alimentare. . Umflarea aluatului de pâine ca si „fierberea” mustului se datoresc bulelor de CO2 degajate.
Produsul fermentatiei alcolice si anume alcoolul este toxic pentru organism.
Fermentatia lactica Fermentaţia lactică – este tipică bacteriilor lactice. În cadrul fermentaţiei are loc reducerea acidului piruvic, produs prin glicoliză, la acid lactic, care este excretat din celulă. Producerea iaurtului se bazează pe această reacţie: glicoliza fermentaţie glucoza ———› acid piruvic ————› acid lactic lactică fermentaţia lactică poate apărea şi în celulele musculare după un efort intens, prelungit.
Apariţia acestei căi metabolice se datorează carenţei de oxigen. Aprovizionarea cu oxigen este insuficientă pentru metabolizarea întregii cantităţi de acid piruvic rezultat prin glicoliză. Cu alte cuvinte este blocat în bună parte ciclul Krebs, ceea ce duce la reducerea acidului piruvic excedentar la acid lactic, în citosol. Se acumulează astfel în muşchi, progresiv, tot mai mult acid lactic, iar la un anumit nivel blochează contracţia fibrelor musculare. Acum apar crampele musculare. După încetarea efortului, celula musculară primeşte suficient oxigen; acidul lactic este transformat în acid piruvic; se reactivează ciclul Krebs şi catena respiratorie, care vor degrada acidul piruvic până la dioxid de carbon şi apă. Muşchii devin apţi de noi eforturi (contracţii).
Acid lactic
În cadrul unei fermentatii spontane, datorita faptului ca participa un numar mare de microorganisme diferite, în afara de acid lactic se formeaza alcool si cantitati mici de acid acetic si chiar butiric. Pentru favorizarea fermentatiei lactice se adauga 2 3% sare. La aceasta concentratie, bacteriile lactice se dezvolta foarte bine, acumularea de acid lactic nefiind stânjenita, pe când dezvoltarea bacteriilor de putrefactie este oprita, în mare masura. Adaugarea de sare permite extragerea substantelor nutritive din celulele produsului, iar în cazul în care se foloseste sub forma de solutie, sarea ajuta la formarea unui mediu anaerob, favorabil dezvoltarii bacteriilor lactice.
La conservarea prin fermentare lactica, o deosebita importanta o au condimentele si în special usturoiul, care nu împiedica dezvoltarea bacteriilor lactice, dar prin actiunea lui fitoncida puternica, înlatura microorganismele straine, în special cele de putrefactie. Suplimentar, condimentele folosite (usturoiul, hreanul, mararul, etc.) contribuie la formarea gustului specific al produsului. Pentru a evita aparitia unor fermentatii secundare s-a propus folosirea culturilor pure de bacterii lactice. S-a constatat ca în acest caz, gustul si aroma s-au îmbunatatit simtitor, iar accidentele de fabricatie au scazut.
La fermentarea lactica se deosebesc trei faze: q Faza preliminara care se caracterizeaza printr-o fermentare violenta, întovarasita de o degajare puternica de gaze, aer, dioxid de carbon, etc. În aceasta faza, fermentatia lactica se desfasoara în paralel cu fermentatia alcoolica si se acumuleaza aproximativ 0,3% acid lactic, reactia mediului devenind acida; q Faza principala este caracterizata prin dominarea fermentatiei lactice, cu acumulare intensiva de acid lactic (de la 0,3% pâna la 1,5%, eventual chiar mai mult). Durata acestei faze depinde în special de temperatura. Cresterea temperaturii accelereaza acumularea acidului lactic, dar influenteaza negativ asupra calitatii si conservabilitatii produsului finit; q Faza finala se caracterizeaza prin scaderea treptata a acidului lactic, care începe sa fie distrus de unele microorganisme, în special de Oidium lactis si de drojdiile salbatice ce se dezvolta la suprafata sub forma unei pelicule.
Bacteriile lactice sunt de două tipuri: 1. bacterii lactice adevărate (genul Termobacterium din care fac parte Bact. Lactis, Bact. Helveticum, Bact. Casei, Bact. Yoghurti, Bact.Delbrűcki – cu temperatura de 300C); 2. bacterii lactice false (Bact. Aerogenes etc.) producătoare şi de gaze (bioxid de carbon şihidrogen), care degradează produsele. Fermentaţia lactică stă la baza obţinerii produselor lactice dietetice, a metodei de conservare. Prin murare devine un factor negativ în păstrarea unor produse alimentare, ca laptele proaspăt.
Produsele lactice acide nu se pot păstra vreme îndelungată, deoarece mediul acid este favorabil mediului în sens alcalin, începe dezvoltarea microflorei de putrefacţie
Enterobacter Aerogenes -bacterie lactica falsa
Lactococcus lactis –bactierie lactica adevarata
Fermentatia acetica
Fermentaţia acetică este provocată de diverşi
agenţi biologici: Bact. Aceti, Bact. Pasteurianum, Bact. Oxydans, Bact. Acetosum, Bact. Ascendens etc. şi constă în oxidarea alcoolului etilic până la acid acetic. Temperatura optimă pentru fermentaţia acetică este de 25…350C. Fermentaţia acetică cauzează alterarea vinului, berii, produselor lactate acide, dacă se află în butelii sau recipiente deschise, deoarece are loc în prezenţa oxigenului. Mycoderma aceti
Dpdv filogenetic respiratia anaeroba e un tip inferior de respiratie iar intre cele doua tipuri de respiratie , exista o legatura de geneza stabilita in cursul evolutiei organismelor vii Primele organisme aparute pe Pamant in erele geologice indepartate cand atmosfera era lipsita sau saraca in O2 au fost organisme cu respiratie anaeroba. Pe masura acumularii O2 liber rezultat in procesul de fotosinteza, a aparut si s-a extins tipul aerob de respiratie (la organismele vegetale superioare) iar acumularea continua de O2 datorata fotosintezei plantelor verzi a dus in timp la schimbarile conditiilor de biosfera.
Respiratia la plante
Respiratia este importanta in viata plantelor, in primul rand prin energia pusa in libertate din oxidarea substantelor organice si, in al doilea rand, prin produsii intermediari si finali care se formeaza in cursul procesului. Energia care se elibereza este folosita in diferitele sinteze organice, in absorbtia si conducerea ubstantelor, in crestere, pentru mentinerea labilitatii protoplasmei, in miscarile plantei etc.. Dupa modul cum se fac oxidarile, plantele se pot imparti in doua grupe: aerobionte (aerobe) si anaerobionte (anaerobe).
MECANISMUL RESPIRATIEI PLANTELOR
Substanta organica, care serveste drept substrat respirator, este descompusa treptat de catre enzime specifice. In unele etape ale descompunerii substratului respirator se consuma energie, iar in altele se elibereaza enegie. Descompunerea substratului respirator se face in doua faze: In prima faza, substantele organice sunt descompuse in molecule organice mici. In acest proces se elibereaza cantitati mici de energie.
In a doua faza, din moleculele organice mici rezultaCO2 si apa si se pune in libertate energie in cantitate mare.Experientele efectuate au aratat ce oxidarea substratului prin fixarea directa a O2, practic nu se produce. O2 atmosferic penrtu a oxida substratul trebuie sa fie activat. Activarea se realizeazaprin ruperea dublei legaturi a O2 .De exemplu O2 sau O=O este inactiv pentru a oxida, dar prin ruperea dublei legaturi obtinemO-O- activat, care poate oxida substratul.In procesul respiratiei oxidarea se poate realiza si prin pierderea de O2. H2 luat de pe substrat nu se elibereza, ci trece pe o alta substantanimita acceptor de H2. La acest nivel O2 pierde doi electroni si se trsnsforma in ioni de O2 activat. Combinarea H2 detasat de pe substrat si a O2 respirator este posibila numai daca, in prealabil, H2 si O2 sunt activati. Mecanismul respiratiei prezinta trei aspecta importante:
a)descompunerea substratului respirator; b)la nivelul lantului respirator se realizeaza pierderi de H2 si activare in ioni de H+, transportul de electroni si activarea O2-O-O-prin captare de electroni. Oxigenul asfel activat devine acceptor de protoni de H si formeaza apa; c) aspectul energetic al respiratiei: transferul de H sau de electoni,proveniti de la H in timpul s descompunerii substratului, furnizeaza energie recuperabila pentru celule, in timp ce in primul proces nu se elibereaza decat energia care se pierde sub forma de caldura.
Oxidarea substantelor organice are loc treptat in protoplasma celulelor, la nivelul mitocondriilor obtinandu-se numeroase substante intermediare. Prin aceasta si energia este pusa in libertate in mod treptat.
SUBSTANTE CARE SE CONSUMA IN RESPIRATIE
Princiapalul material al respiratiei aerobe il constituie glicidele:totusi nu trebuie subapreciat rolul lipidelor si al proteinelor ce substante folosite in respiratie. Plantele superioare, cand dispun de putine glucide,consuma in respiratia lor in acizi organici (acid oxalic,acid citric si amalic).Proportia in care sunt consumate aceste substante organice depind de conditiile de viata in care traiesc plantele. Pentru oxidarea subtantelor care constituie substratul respirator, plantele absorb O2 din mediul inconjurator intr-o anumita proportie si elimina CO2 in alta proportie.deci intre cantitatea de CO2 degajat si de O2 absorbit exista un anumit raport. Acest raport CO2 (degajat) poarta numele de O2 (absorbit) coeficient respirator si se noteaza simbolic cu QR In cazul cand in planta se oxideaza glicide, QR are valoare egala teoretic, cu unitatea(1) In cazul cand substanta care se oxideaza in procesul respiratiei este mai bogata in oxigen (de exemplu, acizi organici ), QR este mai mare decat unitatea. In cazul cand in respiratia plantelor sunt oxidate substante sarace inO2, oxidarea lor necesita o mai mare cantitate de O2 si ca atare, valoarea liuQRe mai mica decat uinitatea.
Influenta factorilor de mediu asupra intensitatii respiratiei
FACTORI INTERNI:
Influenta cantitatii de substante organice arata ca pe masura ce substratul respirator se micsoreaza, respiratia descreste. La frunzele plantelor expuse la soare, care produc pirn fotosinteza o cantitate mai mare de substante organice, respirata este mult mai intensa decat cele e la umbra,o caror fotosinteza este mult mai slaba.
Infuenta gradului de hidratare a protoplasmei. La unele organisme vegetale periada de viata lenta (de ex., semintele uscate ale plantelor superioare, lichenii, muschii), intensitatea respiratiei este foarte scazuta, deoarece au un cantinut foarte scazut de apa. Daca insa le inbibam cu apa, respiratia se intensifica. Faptul se explica prin aceea ce substantele care sunt descompuse in respiratia plantelor se oxideaza numai daca sunt dizolvate in apa. Deci, gradul de hidratare al protolasmei influenteaza intensitatea respiratiei
Varsta Frunzele plantelor pe masura ce inbatranesc, au intensitatea respiratiei mai scazuta; la fel, la fructele carnoase intensitatea respiratiei scade progresiv pana in momentul coacerii lor. Celula unui tesut tanar, respira mai intens decat celulele unui tesut batran.
Starea de repaus a plantelor sau organele lor influenteaza foarte puternic intensitatea respiratiei. Astfel, mugurii plantelor lemnoase, in timpul iernii, din cauza temperaturii scazute, respira mai putin intens. Semintele in stare de repaus, din cauza continutului foarte sacazut in apa, au respiratie foarte slaba. Tuberculii, bulbii au, de asemenea, o respiratie slaba, din cauza temperaturii scazute si a inactivarii enzimelor respiratorii.
FACTORI EXTERNI
Infuenta temperaturii asupra intensitatii respiratiei. La majoritatea plantelor in stare de viata activa, respiratia incepe la aproximativ la 0oC si creste cu temperatura pana la 30-35o C incepe sa scada din caua vatamarii protoplasmei. Totusi experientele au aratat ca temperatura minima si maxima la care respiratia se opreste variaza foarte mult la diferite plante. Intre minimele si maximele de temperatura, intensitate respiratiei creste direct proportional cu aceasta.
Influenta concentratiei CO2 si a O2. CO2 afecteaza puternic respiratia daca se concentreaza in jurul organelor care respira. De obice o concentratie de pana la 5% inhiba respiratia, iar daca se mareste (cu 10-15 %) duce la omorarea celulelor. In cea ce priveste concentratia O2,experientele au aratat ca o crestere a acestuia de la 21% si pana la 50% accelereaza intensitatea respiratiei. Peste 50% intensitatea respiratiei este accelerata pentru o scurta perioad de timp, apoi scade brusc Dioxid de Carbon Oxigen
