Oddychanie organizmów

W języku potocznym oddychanie oznacza jedynie wdychanie i wydychanie powietrza. Czynności te – poprawnie nazywane wymianą gazową – polegają na dostarczaniu organizmowi tlenu i usuwaniu z niego dwutlenku węgla. Jednak oddychanie obejmuje również szereg innych procesów, przeprowadzanych w każdej komórce ciała. Dzięki niemu w komórkach uwalniana jest niezbędna do życia energia. Jest to tzw. oddychanie komórkowe. Jak ono przebiega?

Oddychanie komórkoweoddychanie komórkoweOddychanie komórkowe jest procesem warunkującym życie, gdyż pozwala organizmom korzystać z energii zawartej w pokarmie.  Proces ten zachodzi we wszystkich żywych komórkach.

• Większość komórek żyjących w środowisku bogatym w tlen oddycha tlenowo.

• Przy ograniczonym dostępie do tlenu niektóre komórki roślinne i zwierzęce, a także pewne bakterie i grzyby prowadzą zamiast oddychania tlenowego -  fermentacjęfermentacjafermentację.

• Oddychanie tlenowe dostarcza kilkakrotnie więcej energii niż fermentacja.

Do oddychania tlenowego niezbędny jest tlen

Oddychanie tlenowe przeprowadzają rośliny i zwierzęta (oprócz pasożytów jelitowych), a także większość mikroorganizmów i grzybów.

W komórkach eukariotycznych proces ten zachodzi w cytozolu i mitochondriach -strukturach, których funkcję można porównać z działaniem elektrowni.

Główną substancją wykorzystywaną w czasie oddychania tlenowego jest cukier –glukoza. Kiedy w organizmie jej zabraknie to wykorzystane są inne cukry i tłuszcze, a czasami również białka.

Podczas oddychania tlenowego glukoza jest stopniowo rozkładana do dwutlenku węgla i wody. Uwalniana jest wtedy energia, która wykorzystywana jest do różnych procesów życiowych, np. poruszania się, utrzymania temperatury ciała czy wzrostu. Część energii rozpraszana jest także w postaci ciepła.

Dwutlenek węgla jest usuwany podczas wymiany gazowej, zaś woda może zostać wykorzystana przez organizm.

Dzięki wymianie gazowej organizm pobiera tlen i wydala dwutlenek węgla

Oddychaniu tlenowemu towarzyszy wymiana gazowa, która polega na dostarczaniu do organizmu tlenu i usuwaniu z niego dwutlenku węgla. Niewielkie organizmy pobierają tlen i wydalają dwutlenek węgla całą powierzchnią ciała. Dużym organizmom wielokomórkowym służą do tego specjalne narządy oddechowe, np. skrzela u zwierząt wodnych i płuca u lądowych.

U roślin wymiana gazowa zachodzi przez aparaty szparkowe, które zazwyczaj znajdują się na spodniej stronie liści.

Nasiona gromadzą substancje odżywcze dla nowych roślin

Nasiona są organami roślin, które powstają w wyniku rozmnażania płciowego i służą do rozprzestrzeniania się gatunku w środowisku.

Nasiona składają się z łupiny nasiennej, zarodkazarodekzarodka oraz tkanki odżywczej.

Łupina nasienna okrywa zarodek wraz z substancjami odżywczymi i chroni je przed niekorzystnym działaniem środowiska, np. przed zbyt wysoką lub zbyt niską temperaturą. Zarodek jest zawiązkiem przyszłej rośliny. W początkowych etapach wzrostu i rozwoju czerpie on energię ze zmagazynowanej tkanki odżywczej, nazywanej także bielmem.

W warunkach dostępu do wody, tlenu i odpowiedniej temperatury nasiona pochłaniają wodę i pęcznieją, co prowadzi do pęknięcia łupiny nasiennej. Dzięki temu zarodek może pobierać tlen z otoczenia i rozpocząć kiełkowanie, będące procesem, w którym zarodek wykształca korzeń, a następnie łodygę i liście nowej rośliny, zwanej siewką. Po wykształceniu liści oraz w obecności światła roślina będzie mogła przeprowadzać fotosyntezę i kontynuować wzrost i rozwój.

Fermentacja dostarcza energii organizmom żyjącym w środowiskach z małą ilością tlenu

Fermentacja polega na rozkładzie substancji pokarmowych, np. glukozy bez udziału tlenu. Zachodzi ona u niektórych bakterii, grzybów i pasożytów żyjących w jelitach zwierząt, czasem również w komórkach mięśniowych.

• Fermentacja odbywa się w cytozolu. Najbardziej znana jest fermentacja alkoholowa przeprowadzana przez drożdże. W jej wyniku zachodzi rozkład cukru na alkohol etylowy i dwutlenek węgla, a także uzyskiwana jest energia.

• W warunkach niedostatecznego dostępu tlenu w komórkach mięśni zachodzi fermentacja mlekowa. Taką fermentację prowadzą również bakterie występujące w mleku i niektóre bakterie żyjące w układzie pokarmowym człowieka. W procesie tym energia jest uwalniana wskutek przemiany glukozy w kwas mlekowy.

• Komórki, w których przebiega fermentacja uzyskują znacznie mniej energii niż komórki oddychające tlenowo.

Rn4EAJDYAktYj

Ilustracja przedstawia cztery szare prostokąty w dwóch rzędach. Zapisano w nich schemat przebiegu dwóch rodzajów fermentacji. Napis energia ma kolor czerwony. W pierwszym rzędzie od glukozy czarna strzałka prowadzi do działania: alkohol etylowy plus dwutlenek węgla plus energia. Jest to zapis fermentacji alkoholowej. W drugim rzędzie od glukozy czarna strzałka wskazuje zapis: kwas mlekowy plus energia. Oznacza to fermentację mlekową.

1

Obserwacja 1

Przeprowadź obserwację, aby dowiedzieć się jaki gaz powstaje podczas fermentacji alkoholowej.

Problem

Problem badawczy: Jaki gaz powstaje podczas fermentacji alkoholowej?

Hipoteza

R5cOThdq65J4I

Hipoteza 1 Podczas fermentacji alkoholowej powstaje tlen., Hipoteza 2 Podczas fermentacji alkoholowej powstaje dwutlenek węgla.

Hipoteza 1 Podczas fermentacji alkoholowej powstaje tlen., Hipoteza 2 Podczas fermentacji alkoholowej powstaje dwutlenek węgla.

Co będzie potrzebne

• mała grudka drożdży (pół łyżeczki do herbaty)

• 1 łyżka cukru

• letnia woda

• mała butelka szklana lub plastikowa

• balonik

• kubek

• świeczka

Instrukcja

1. Rozprowadź drożdże w niewielkiej ilości wody z cukrem.

2. Mieszaninę wlej do butelki i naciągnij na szyjkę butelki balon pozbawiony powietrza.

3. Tak wykonany zestaw doświadczalny ustaw w ciepłym miejscu.

4. Po upływie około godziny zdejmij balon z szyjki butelki i szybko wyciśnij jego zawartość do kubka.

5. „Wylej” zawartość kubka na płomień świeczki.

R11I9MXL6R6Pu

Fotografia przedstawia 4 butelki wypełnione hodowlami drożdży. Na szyjkach butelek przymocowane są zielone balony. Balony są w różnym stopniu wypełnione gazem.

R1UAGKmlnsJ9K

Wyniki: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Jeśli gaz wzmaga palenie się płomienia świecy, to jest to tlen. Jeśli natomiast powoduje gaszenie płomienia świecy, to jest to dwutlenek węgla.

Pokaż odpowiedź

Wyniki: Gaz powstały podczas fermentacji alkoholowej gasi płomień świecy.

Wnioski: Gaz powstały podczas fermentacji alkoholowej to dwutlenek węgla. Hipoteza 2 jest prawdziwa, a hipoteza 1 – fałszywa.

Fermentacja jest procesem wykorzystywanym przez człowieka

Rv6ziXInOnbBr

Ilustracja przedstawia pięć kół z napisami. Od brązowego w centrum strzałki wskazują sposoby wykorzystania procesu fermentacji. U góry po prawej przedstawiono dzbanek z mlekiem i przekrojony żółty ser. Oznacza to, że bakterie kwasu mlekowego kwaszą mleko i są potrzebne do produkcji serów. Niżej znajduje się rysunek słoików z przetworami, przedstawiający udział bakterii kwasu mlekowego na przykład w kiszeniu ogórków. Od dołu po lewej znajduje się rysunek butelki, kieliszka i kufla. W ten sposób przedstawiono wykorzystanie fermentacji alkoholowej. Ta fermentacja zachodzi także w cieście drożdżowym, przedstawionym w kółku powyżej.

1

Ćwiczenie 6

RorrDisL0lNmB

Zdjęcie przedstawia zielone, podłużne, owalne ogórki, białe ząbki czosnku oraz łodygi z kwiatami kopru w przeźroczystym słoiku z ciemno‑zieloną nakrętką.

R1H1KRZWPVXrY

Podaj nazwę procesu wykorzystywanego w produkcji kiszonek. (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zwróć uwagę na warunki panujące w słoiku. Czy jest tam obecny tlen?

Pokaż odpowiedź

Do produkcji ogórków kiszonych wykorzystuje się proces fermentacji (mlekowej).

Oddychanie komórkowe a fotosynteza

• Oddychanie i fotosynteza to procesy ściśle od siebie zależne.

• Rośliny podczas fotosyntezy produkują substancje pokarmowe i tlen, które są niezbędne i dla nich, i dla większości organizmów cudzożywnych do uwalniania energii w procesie oddychania.

• Podczas oddychania organizmów powstaje dwutlenek węgla i woda, które wykorzystywane są przez rośliny do fotosyntezy.

• Rośliny oddychają nieprzerwanie i w dzień, i w nocy. Organizmy te do oddychania wykorzystują tylko niewielką część tlenu wytwarzanego w procesie fotosyntezy, reszta jest wydalana do atmosfery.

R1DE1ZXJcWJqB

Grafika interaktywna przedstawia zależność pomiędzy fotosyntezą a oddychaniem. W dzień duża pomarańczowa strzałka u góry symbolizuje energię słoneczną, która jest potrzebna do fotosyntezy, symbol: zielony czworokąt. Poniżej znajdują się cztery szare czworokąty z napisami: pokarm, tlen, dwutlenek węgla, woda. Od niebieskiego czworokąta, symbolu oddychania, w dół odchodzi duża żółta strzałka z napisem: energia. Pomiędzy czworokątami poruszają się strzałki, ukazujące zależności między nimi. W nocy duża pomarańczowa strzałka symbolizująca energię słoneczną znika, przez co nie zachodzi fotosynteza. Widoczne są cztery szare czworokąty z napisami: pokarm, tlen, dwutlenek węgla, woda. Od niebieskiego czworokąta, symbolu oddychania, w dół odchodzi duża żółta strzałka z napisem: energia. Pomiędzy czworokątami poruszają się strzałki, ukazujące zależności między nimi.

Grafika interaktywna przedstawia zależność pomiędzy fotosyntezą a oddychaniem. W dzień duża pomarańczowa strzałka u góry symbolizuje energię słoneczną, która jest potrzebna do fotosyntezy, symbol: zielony czworokąt. Poniżej znajdują się cztery szare czworokąty z napisami: pokarm, tlen, dwutlenek węgla, woda. Od niebieskiego czworokąta, symbolu oddychania, w dół odchodzi duża żółta strzałka z napisem: energia. Pomiędzy czworokątami poruszają się strzałki, ukazujące zależności między nimi. W nocy duża pomarańczowa strzałka symbolizująca energię słoneczną znika, przez co nie zachodzi fotosynteza. Widoczne są cztery szare czworokąty z napisami: pokarm, tlen, dwutlenek węgla, woda. Od niebieskiego czworokąta, symbolu oddychania, w dół odchodzi duża żółta strzałka z napisem: energia. Pomiędzy czworokątami poruszają się strzałki, ukazujące zależności między nimi.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/Dv6roPbjn

Ciekawostka

R14fslAYljcAW1

Zdjęcie przedstawia jasno‑brązowy, drewniany słoik, na którym osoba nasadza drobne, zielone rośliny do dużego, przeźroczystego słoja z brązową ziemią i okrągłym mchem. Obok stoi mała roślina w doniczce, słoik z rośliną i przykrycie słoika.

David Latimer posadził w dużej butli roślinę – trzykrotkę. W 1972 r. po raz ostatni ją podlał, po czym zamknął butlę i ustawił blisko okna.

Podczas dnia woda paruje i skrapla się na ściankach butli, a nocą wraca do podłoża, dzięki czemu utrzymana jest stała wilgotność.

David Latimer od czasu do czasu obraca butlę, aby światło padało na wszystkie liście trzykrotki.

W butli wykształcił się samowystarczalny system. Roślina produkuje tlen, zużywa zaś dwutlenek węgla, który stale powstaje w jej komórkach i w komórkach mikroorganizmów glebowych podczas oddychania.

To ważne!

• Oddychanie komórkowe polega na rozkładzie substancji pokarmowych i uwolnieniu zgromadzonej w nich energii.

• Oddychanie tlenowe przebiega w obecności tlenu.

• Fermentacja zachodzi w środowisku, w którym brakuje tlenu lub jest go niewiele.

• Przebieg oddychania tlenowego można w uproszczeniu zapisać w następujący sposób:

  Rb1WFNImH3bjm

  Schemat oddychania tlenowego. Po lewej stronie równania znajdują się glukoza oraz tlen, po prawej woda, dwutlenek węgla oraz energia.

  

• Aby zaszła fermentacja, niezbędna jest glukoza. Podczas fermentacji alkoholowej powstają alkohol etylowy, dwutlenek węgla i uwalniana jest energia, a podczas fermentacji mlekowej powstaje kwas mlekowy i uwalniana jest energia.

• Dwutlenek węgla i woda powstające w wyniku oddychania są niezbędne do zajścia procesu fotosyntezy, natomiast cukry i tlen powstałe podczas fotosyntezy są niezbędne do procesu oddychania komórkowego.

Na pożegnanie

1

Ćwiczenie 17

RLzj0132jCWSz

Ilustracja przedstawia wykres zmian zawartości gazów w wodzie w ciągu doby. Oś Y podpisano: zawartość tlenu i dwutlenku węgla, na osi X zaznaczono godziny od 0 do 24, w podziale co sześć godzin. Tlen oznaczono kolorem czerwonym, a dwutlenek węgla pomarańczowym. O godzinie 0:00 zawartość tlenu jest większa niż dwutlenku węgla, o godzinie 6:00 zawartość dwutlenku węgla jest większa niż zawartość tlenu, o godzinie 18:00 i 24:00 zawartość tlenu jest większa niż dwutlenku węgla.

R17stJkmXCyt1

Wyjaśnij przyczyny zmian stężenia tlenu i dwutlenku węgla obserwowane w ciągu doby w wodzie stawu. (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Przypomnij sobie, jakie procesy zachodzą w organizmach żywych.

Pokaż odpowiedź

Za zmiany stężenia tlenu i dwutlenku węgla odpowiadają organizmy przeprowadzające procesy oddychania tlenowego (np. rośliny, zwierzęta) oraz fotosyntezy (rośliny i protisty roślinopodobne). W ciągu dnia powstający podczas oddychania dwutlenek węgla rośliny zużywają do fotosyntezy. Nocą, kiedy fotosynteza ustaje, rośliny – podobnie jak inne organizmy – zużywają tlen, produkują zaś dwutlenek węgla.