ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. Άσκηση: Αναπνοή

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. Άσκηση: Αναπνοή"

Σαπφώ Κορνάρος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Άσκηση: Αναπνοή Σύνοψη Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται λόγος για τη λειτουργία της αναπνοής και τον ρόλο της στους φυτικούς οργανισμούς. Πιο συγκεκριμένα μελετάται η αναπνοή σε αρτίβλαστα και διαβρεγμένα σπέρματα φυτών. Τέλος, προτείνεται εργαστηριακή άσκηση που αφορά την ανίχνευση των θέσεων της αναπνευστικής δραστηριότητας σε αρτίβλαστα και σπέρματα φασολιάς με τη χρήση ενός οξειδοαναγωγικού δείκτη ο οποίος αλλάζει χρώμα όταν μεταπίπτει από την οξειδωμένη στην ανηγμένη μορφή του. Προαπαιτούμενη γνώση Για τη διεξαγωγή της παρούσας άσκησης και την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων απαιτείται α) μελέτη του Κεφαλαίου Αναπνοή και μεταβολισμός λιπιδίων, από το βιβλίο της Φυσιολογίας Φυτών των Taiz and Zeiger (2012) και β) του διαδικτυακού δοκιμίου Θεωρητικό υπόβαθρο Ως αναπνοή μπορούμε να ορίσουμε τη λειτουργία με την οποία οι ζωντανοί οργανισμοί διασπούν οξειδωτικά τις οργανικές ενώσεις ώστε να ελευθερωθεί η χημική ενέργεια των δεσμών τους. Ως φαινόμενο η αναπνοή εκδηλώνεται με τη σύγχρονη πρόσληψη Ο 2 και αποβολή CO 2 που προέρχεται από τη διάσπαση των οργανικών ενώσεων. Το υδρογόνο των ενώσεων δεσμεύεται από τα ένζυμα αφυδρογονάσες και μεταφέρεται μέσω των συνενζύμων της αναπνευστικής αλυσίδας στο μοριακό οξυγόνο ανάγοντάς το σε H 2 O. Η δράση των αφυδρογονασών αυτών μπορεί να δειχθεί στο εργαστήριο με τη χρησιμοποίηση οξειδοαναγωγικών δεικτών, ως δέκτες ηλεκτρονίων, οι οποίοι αλλάζουν χρώμα μεταπίπτοντας από την οξειδωμένη στην ανηγμένη μορφή. Τέτοιοι δείκτες είναι το κυανούν του μεθυλενίου και το 2,3,5 τριφαινυλο 2Η-χλωριούχο τετραζόλιο (TPH, Εικόνα 4.1). Εικόνα 4.1 Ο χημικός τύπος του 2,3,5 τριφαινυλο 2Η-χλωριούχου τετραζολίου. Αριστερά η οξειδωμένη του μορφή και δεξιά η ανηγμένη. 39

2 Τα συνηθισμένα αναπνευστικά υποστρώματα των φυτών είναι οι υδατάνθρακες (άμυλο, φρουκτάνες, σακχαρόζη) και τα λίπη (τριγλυκερίδια). Τα τελευταία χρησιμοποιούνται κυρίως κατά τη διάρκεια της φύτρωσης των σπερμάτων που έχουν τα λίπη ως κύρια αποταμιευτικά αποθέματα. Η γλυκόζη και το ελαϊκό οξύ π.χ. οξειδώνονται σύμφωνα με τις αντιδράσεις: Επίσης ως αναπνευστικά υποστρώματα μπορούν να θεωρηθούν τα οργανικά οξέα που πολλές φορές συσσωρεύονται στους ιστούς και οξειδώνονται σε CO 2 και H 2 O. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις μπορεί να χρησιμοποιηθούν οι πρωτεΐνες ως αναπνευστικά υποστρώματα και να οξειδωθούν ολικά σε CO 2, H 2 O και NH 3 ή μερικά σε ενδιάμεσα προϊόντα του αναπνευστικού καταβολισμού. Πολλά φυτά, σε συνθήκες υποξίας ή ανοξίας (πολύ μικρή έως μηδενική συγκέντρωση οξυγόνου), πραγματοποιούν μερική οξείδωση των οργανικών ουσιών, γνωστή ως αναερόβια αναπνοή ή ζύμωση, σύμφωνα με τη γενική εξίσωση: Η λειτουργία της αναπνοής όμως δεν είναι μόνο μια αντίδραση όπως απλουστευμένα παρουσιάζεται πιο πάνω. Είναι μια σειρά από 50 ή και περισσότερες αντιδράσεις, οι οποίες γίνονται σε διάφορα διαμερίσματα του κυττάρου και καταλύονται από διαφορετικά ένζυμα. Αυτή η σταδιακή διάσπαση των οργανικών ενώσεων είναι που επιτρέπει τη σύνθεση της ATP. Επιπλέον, καθώς προχωράει η διάσπαση, τα ενδιάμεσα προϊόντα μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως ανθρακικοί σκελετοί για τη βιοσύνθεση άλλων απαραίτητων ενώσεων. Αυτές οι ενώσεις περιλαμβάνουν τα αμινοξέα που χρησιμοποιούνται στην πρωτεϊνοσύνθεση, τα νουκλεοτίδια για τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, πρόδρομες ενώσεις για τη σύνθεση χρωστικών και λιπιδίων, καθώς και άλλων κυτταρικών συστατικών όπως οι δευτερογενείς μεταβολίτες. Προφανώς, όταν αντλούνται ενδιάμεσα προϊόντα για τη σύνθεση άλλων ενώσεων τα αρχικά αναπνευστικά υποστρώματα δεν οξειδώνονται πλήρως σε CO 2 και H 2 O. Συνήθως ένα μέρος από τα αναπνευστικά υποστρώματα οξειδώνεται πλήρως σε CO 2 και H 2 O, ενώ τα υπόλοιπα χρησιμοποιούνται σε συνθετικές (αναβολικές) διεργασίες, κυρίως όταν τα κύτταρα βρίσκονται σε φάση έντονης αύξησης. Η ενέργεια που παράγεται κατά την πλήρη οξείδωση μερικών μορίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση άλλων μορίων που απαιτούνται για την αύξηση. Επομένως όταν ένα φυτό βρίσκεται σε φάση αύξησης το τάχος της αναπνοής αυξάνει. Η τύχη των αναπνευστικών υποστρωμάτων, αν δηλαδή θα οξειδωθούν πλήρως ή θα χρησιμοποιηθούν σε συνθέσεις, εξαρτάται από τον τύπο του κυττάρου, τη θέση του στο φυτό και το τάχος αύξησης του φυτού. 4.2 Πειραματικό μέρος Φυτικό υλικό Το φυτικό υλικό περιλαμβάνει σπέρματα φασολιάς (διαβρεγμένα για τρεις ώρες περίπου), αρτίβλαστα φασολιάς και αρτίβλαστα καρπουζιάς. 40

3 4.2.2 Όργανα και συσκευές Για τη διεξαγωγή του πειράματος απαιτούνται υδατόλουτρο θερμοκρασίας 100 C, στήριγμα με σφικτήρα, λαβίδα, ξυραφάκια και τρία ποτήρια ζέσεως των 200 ml Διαλύματα Πρόσφατο υδατικό διάλυμα 0,5% τετραζολίου (TPH) και απεσταγμένο νερό Διεξαγωγή και αξιολόγηση του πειράματος 1. Σε δύο ποτήρια ζέσεως τοποθετήστε από: ένα διαβρεγμένο σπέρμα φασολιάς, ένα ολόκληρο αρτίβλαστο φασολιάς, μισό αρτίβλαστο φασολιάς (αφού το κόψετε κατά μήκος), μία κοτυληδόνα φασολιάς και δύο αρτίβλαστα καρπουζιάς. 2. Προσθέστε σε κάθε ποτήρι απεσταγμένο νερό μέχρι να καλυφθούν οι ιστοί. 3. Τοποθετήστε το ένα ποτήρι σε υδατόλουτρο 100 C και αφήστε το να βράσει για 10 min. 4. Αδειάστε το νερό από το κάθε ποτήρι, στεγνώστε ελαφρά τους ιστούς με διηθητικό χαρτί και προσθέστε διάλυμα 0,5% τετραζολίου μέχρι να καλυφθούν οι ιστοί. 5. Έπειτα από μία ώρα παρατηρήστε τη μεταβολή του χρώματος των φυτικών ιστών (Εικόνες 4.2 και 4.3). Αφού ολοκληρώσετε τα παραπάνω, αξιολογήστε το πείραμα απαντώντας στις ερωτήσεις που ακολουθούν: 1. Σε ποιους φυτικούς ιστούς παρατηρήσατε μεταβολές του χρώματος; Εξηγήστε. 2. Σε ποιες θέσεις των αρτιβλάστων παρατηρήσατε πιο έντονη αναπνοή; Εξηγήστε. 3. Αναπνέουν τα διαβρεγμένα σπέρματα; Εικόνα 4.2 Οι φυτικοί ιστοί που έχουν παραμείνει στα ποτήρια ζέσεως εμβαπτισμένοι για μία ώρα σε διάλυμα 0,5% τετραζολίου. Στο ποτήρι Α οι ιστοί δεν είχαν υποστεί βρασμό πριν την τοποθέτησή τους στο διάλυμα τετραζολίου, ενώ στο Β είχαν τοποθετηθεί στο υδατόλουτρο και στη συνέχεια στο διάλυμα τετραζολίου. 41

4 42 Εικόνα 4.3 Οι φυτικοί ιστοί στο τέλος του πειράματος. Α: οι ιστοί που δεν είχαν τοποθετηθεί στο υδατόλουτρο και Β: οι ιστοί που είχαν υποστεί βρασμό.

5 Βιβλιογραφία Taiz L, Zeiger E Φυσιολογία Φυτών. Εκδόσεις Utopia, Αθήνα. Διαδικτυακό δοκίμιο: 43

Σχετικά έγγραφα

ΔΠΘ - Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ ΑΝΟΜΟΙΩΣΗ

ΔΠΘ - Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ ΑΝΟΜΟΙΩΣΗ Θερινό εξάμηνο 2011 Καταβολισμός ή ανομοίωση Καταβολισμός ή ανομοίωση η σταδιακή και ελεγχόμενη διάσπαση των