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Laboratorio 8: Respirazione cellulare e fotosintesi - Biologia


(Adattato da Biology Corner)

Parte 1: fotosintesi e dischi a foglie galleggianti

Introduzione:

La fotosintesi alimenta gli ecosistemi e rifornisce di ossigeno l'atmosfera terrestre. Come tutte le reazioni guidate da enzimi, la velocità della fotosintesi può essere misurata dalla scomparsa del substrato o dall'accumulo dei prodotti. L'equazione per la fotosintesi è:

6CO2 + 6H2O ------leggero--------> C6h12oh6 + 6O2 + H2oh

In questa indagine utilizzerai un sistema che misura l'accumulo di ossigeno nella foglia. Considera l'anatomia della foglia come mostrato di seguito.

La foglia è composta da strati di cellule. Lo strato spugnoso del mesofillo è normalmente infuso di gas (ossigeno e anidride carbonica). Le foglie normalmente galleggiano nell'acqua a causa di questi gas. Se estrai i gas dagli spazi, le foglie affonderanno perché diventano più dense dell'acqua. Se questo disco fogliare viene posto in una soluzione con una fonte alternativa di anidride carbonica sotto forma di ioni bicarbonato, la fotosintesi può avvenire in un disco fogliare infossato. Con il procedere della fotosintesi, l'ossigeno si accumula negli spazi aerei del mesofillo spugnoso e la foglia diventa galleggiante e galleggia. L'ossigeno e l'anidride carbonica vengono scambiati attraverso aperture nella foglia chiamate stoma. Mentre questo accade, la foglia svolge anche la respirazione cellulare. Questa respirazione consumerà l'ossigeno che si è accumulato e probabilmente farà affondare i dischi della pianta. Lo strumento di misura che può essere utilizzato per osservare questi processi di contrasto è il galleggiamento (o affondamento) dei dischi dell'impianto. In altre parole, la galleggiabilità dei dischi fogliari è in realtà una misura indiretta del tasso netto di fotosintesi che si verifica nel tessuto fogliare.

Materiali:

  • Siringa
  • Lampada da scrivania
  • perforazione
  • Piastre Petri (4 per gruppo)
  • Soluzione detergente e bicarbonato di sodio
  • Soluzione detergente
  • Foglie di spinaci freschi
  • pinze

Procedura:

  1. Testare le siringhe sigillando la punta e tirando indietro lo stantuffo. Una volta rilasciato, lo stantuffo dovrebbe scattare indietro, indicando un buon vuoto. Rimuovere lo stantuffo da una siringa.
  2. Usa un perforatore per perforare 40 dischi dalle foglie. I dischi dovrebbero essere il più uniformi possibile per dimensioni e massa. Evita le nervature più grandi delle foglie. Mentre estrai i dischi di foglie, mettili nella siringa. Continua fino ad avere almeno 40 dischi.
  3. Battere il lato della siringa in modo che i dischetti siano in fondo, quindi reinserire lo stantuffo, facendo attenzione a non schiacciare i dischetti fogliari.
  4. Inserire la punta della siringa nel becher e aspirare una piccola quantità di soluzione detergente nella siringa. Tocca la siringa per rimuovere i dischi attaccati ai lati. Potrebbero esserci un paio di dischi che semplicemente non puoi rimuovere.
  5. Tenere la siringa in verticale, con la punta rivolta verso l'alto, e premere lo stantuffo per espellere l'aria intrappolata.
  6. Chiudere la punta della siringa con il dito e tirare lo stantuffo per creare il vuoto. Il vuoto rimuove il gas dai tessuti fogliari. Tieni lo stantuffo in posizione per 10 secondi e rilascialo. Quando si rilascia lo stantuffo, il liquido si infiltra nel tessuto. Ripeti questo 3 volte. Man mano che il liquido si infiltra nei tessuti fogliari, la densità dei dischi aumenta e iniziano ad affondare.
  7. Usa le pinzette per trasferire 10 dischetti su ogni capsula di Petri e aggiungi abbastanza soluzione per coprire i dischetti; impostato secondo la tabella seguente:
Piatto APiatto BPiatto CPiatto D
SoluzioneBicarbonato di sodioBicarbonato di sodioBicarbonato di sodioSolo detersivo
PosizionamentoDirettamente sotto la lampadaSu bancoSu banco, copertoDirettamente sotto la lampada

8. Accendere la luce e iniziare a registrare l'ora. Poiché l'ossigeno è prodotto dalla fotosintesi, fuoriesce dalla soluzione e si infiltra nel tessuto fogliare, sostituendo parte del

acqua. Ciò diminuisce la densità dei dischi e iniziano a galleggiare.

9. Registrare il numero di dischi flottanti a intervalli di 5 minuti, continuando l'esperimento fino a quando tutti i dischi sono flottanti. Registra i tuoi dati nella tabella sottostante.

Numero di dischi flottanti
Tempo (min.)Piatto APiatto BPiatto CPiatto D
5
10
15
20
25
30

Analisi dei dati:

Per fare confronti tra esperimenti, è necessario un punto di riferimento standard. Test ripetuti di questa procedura hanno mostrato che il punto in cui il 50% dei dischi è flottante (ET50) è un punto di riferimento affidabile e ripetibile. In questo caso, i dischi flottanti vengono conteggiati alla fine di ogni intervallo di tempo.

Rappresenta graficamente i tuoi dati per ogni gruppo sperimentale. Determinare l'ET50 per i tuoi dati. Il tuo risultato ha soddisfatto le tue aspettative?

Domande:

1. Una mutazione è in grado di ridurre la quantità di clorofilla nella foglia. Questo ridurrebbe anche il tasso di fotosintesi?

2. Che dire di una pianta che mostra variegatura... Le aree della foglia con clorofilla superano le aree prive di clorofilla? Potresti progettare un esperimento per testarlo?

3. In questo esperimento, è stata osservata la quantità di ossigeno prodotta per misurare il tasso di fotosintesi. Cos'altro potresti misurare per determinare la velocità della fotosintesi?

4. Elenca tutti i fattori che ritieni possano influenzare il tasso di fotosintesi. Considera i fattori ambientali che potresti manipolare durante il laboratorio.

(Adattato da http://www.biologycorner.com/workshe...spiration.html)

Parte 2: omicidi al cianuro di Chicago: un caso di studio sulla respirazione cellulare

Contesto Nel settembre del 1982, Mary Kellerman diede a sua figlia di 12 anni un antidolorifico quando si svegliò durante la notte lamentandosi di un mal di gola. Alle 7 del mattino. la mattina dopo, sua figlia è stata trovata svenuta sul pavimento del bagno e successivamente dichiarata morta.

Anche Adam Janus, un impiegato delle poste in un altro sobborgo di Chicago è morto inaspettatamente, anche se in origine si pensava che avesse sofferto di un attacco di cuore. Mentre la sua famiglia si riuniva per piangere la loro perdita, suo fratello e sua sorella si ammalarono e in seguito morirono.

Nei giorni che seguirono, altri tre decessi inspiegabili si verificarono nei vicini sobborghi di Chicago. Gli investigatori hanno scoperto che tutte le vittime avevano preso un Tylenol extra forte poche ore prima della loro morte. Sospettavano che qualcuno avesse manomesso il farmaco.

I sintomi mostrati da ciascuna delle vittime includevano:

  • debolezza, vertigini, sonnolenza
  • arrossato, rosso vivo, carnagione
  • male alla testa
  • mancanza di respiro e respirazione rapida
  • vomito
  • confusione e disorientamento

1. Secondo te, le sette morti sono collegate? Di quali informazioni aggiuntive avresti bisogno per determinare se sono collegati?

2. Se si sospetta un veleno nelle morti, come procedereste con le indagini?

Rapporto dell'autopsia:

Il medico legale ha concluso che ciascuna delle vittime era morta di ipossia. ipossia significa che la persona ha sofferto di mancanza di ossigeno o è stata soffocata. La ragione dell'ipossia non è sempre chiara al primo esame.

Il medico legale ha anche mostrato che i campioni di tessuto di cuore, polmoni e fegato mostravano una massiccia morte cellulare. Dopo ulteriori indagini, è stato dimostrato che i tessuti presentavano un danno mitocondriale maggiore. Anche se le vittime sono morte di ipossia, il loro livello di ossigeno nel sangue era di circa 110 mm Hg. L'intervallo normale è 75-100 mm Hg.

1. Ricorda la tua conoscenza della funzione degli organelli. Quale funzione delle cellule è stata interrotta in questi pazienti?

2. Mentre il veleno è il principale sospettato nel caso, quali sono altri modi in cui una persona potrebbe morire di ipossia?

3. Analizzare i livelli di ossigeno delle vittime. I livelli erano più alti o più bassi del normale? Come puoi conciliare questa osservazione con la causa della morte che è l'ipossia?

I rapporti tossicologici mostrano che le vittime erano state avvelenate con cianuro. Il veleno è stato fatto risalire al Tylenol extra forte dove l'assassino aveva aperto le capsule e sostituito il paracetamolo (un antidolorifico) con il cianuro. Il cianuro agisce molto rapidamente, spesso uccidendo entro pochi minuti dall'ingestione e le autorità sono state lente nell'identificare la causa delle morti. Una volta identificata la causa, i negozi hanno rimosso il Tylenol e altri farmaci dagli scaffali. Sebbene ci fossero molti sospetti, nessuno è mai stato accusato del crimine ed è ancora in corso un'indagine. Dopo gli omicidi di Chicago Tylenol, le compagnie farmaceutiche hanno drasticamente cambiato il modo in cui i farmaci vengono confezionati.

Perché il cianuro è un veleno così efficace? Potresti essere sorpreso di apprendere che interferisce direttamente con la respirazione cellulare che si verifica nei mitocondri.

4. Ricorda che il mitocondrio è talvolta chiamato la "centrale elettrica" ​​della cellula. Cosa significa questo? Perché il mitocondrio è importante?

Perché abbiamo bisogno di ossigeno?

Sembra una domanda semplice, tutti sanno che per vivere bisogna respirare. Hai mai pensato al motivo per cui l'ossigeno è così importante? Le vittime dell'avvelenamento da cianuro avevano tutti alti livelli di ossigeno nel sangue, ma il veleno interferiva con il modo in cui le cellule usano quell'ossigeno. Per capire, dobbiamo dare uno sguardo molto da vicino alla struttura del mitocondrio.

All'interno del mitocondrio ci sono diversi strati di membrane. In effetti, queste membrane assomigliano alla membrana che circonda la cellula. Ha un doppio strato di fosfolipidi e proteine ​​incorporate. Nel diagramma sopra, le proteine ​​sono etichettate I, II, III, IV e citocromo C.

Le proteine ​​della membrana passano gli elettroni dall'una all'altra; questa è nota come catena di trasporto degli elettroni. Il passaggio di questi elettroni consente la generazione di ATP (adenosina trifosfato). Alla fine della catena di trasporto degli elettroni, il citocromo C passa l'elettrone al Complesso IV e quindi al suo accettore finale, l'ossigeno. L'ossigeno si lega quindi alle proteine ​​per creare acqua. Questo processo è continuo nelle cellule, con la generazione costante di ATP e l'utilizzo di ossigeno come accettore finale di elettroni. Il cianuro inibisce il citocromo C, impedendo all'ultima proteina di svolgere il suo lavoro. L'elettrone si ferma alla fine della catena e non può essere passato all'ossigeno. L'intera catena si ferma e non è possibile produrre ATP.

1. Sul modello del mitocondrio, evidenziare l'area che è la CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI. Metti una X sulla proteina inibita dal cianuro. Qual è la relazione tra l'ETC e l'ossigeno?

2. Il cianuro è un veleno ad azione estremamente rapida. In effetti, è stato sviluppato come pillola suicida (chiamata Lpill) durante la seconda guerra mondiale in modo che le spie britanniche e americane potessero evitare di essere catturate vive. Dato quello che sai sull'ATP e sulla respirazione cellulare, spiega perché il cianuro agisce così rapidamente.

3. Dato quello che sai sull'avvelenamento da cianuro, pensi che somministrare ossigeno a una persona sarebbe un trattamento efficace? Perché o perché no?


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