Oddychanie

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 obecności tlenu w komórkach uwalniana jest niezbędna do życia energia. Jest to tzw. oddychanie komórkowe. Jak ono przebiega?

RS6MhL8XvbrID

Ilustracja przedstawia schemat wykorzystania energii przez organizmy. W centrum znajduje się czerwone słoneczko z napisem „energia”. Od niego odchodzą cztery czerwone strzałki do kół, znajdujących się wokół słoneczka i przedstawiających różne rodzaje energii. W pierwszym z prawej znajduje się rysunek beżowej komórki nerwowej, przy której umieszczono czerwoną błyskawicę. W błękitnym owalu widnieje podpis: energia elektryczna. W drugim jest rysunek białego niedźwiedzia na lodzie. W brązowym owalu podpis: energia cieplna. W kole u dołu widnieje brązowy koń, stojący na tylnych nogach. We fioletowym owalu napis: energia mechaniczna. Od czerwonego kółeczka w lewo w ciemnooliwkowym owalu jest napis: energia chemiczna. Od niego strzałki prowadzą do trzech kół po lewej stronie. W jednym przedstawiono roślinę, a w jej łodydze małe strzałki do liści i do korzeni. To symbol transportu substancji. W drugim kole ukazano liczne beżowe grudki z fioletowymi kropkami, czyli komórki. To symbol wzrostu i odnowy komórek. Trzecie kółko u góry przedstawia kolorową podwójną spiralę DNA. Ten rysunek symbolizuje powstawanie związków chemicznych.

1. Oddychanie komórkowe

Oddychanie jest procesem warunkującym życie, gdyż pozwala organizmom korzystać z energii zawartej w pokarmie. Wszystkie istoty potrzebują energii do wykonywania czynności życiowych – dzięki niej mogą się poruszać i odżywiać, wydalać, reagować na bodźce, prowadzić procesy biochemiczne w komórkach, rozmnażać się i rosnąć. Ptaki i ssakissakissaki potrzebują energii również po to, żeby utrzymywać stałą temperaturę ciała, niezależną od temperatury otoczenia.

Związki pokarmowe zawierają energię chemiczną, dlatego są pokarmem organizmów. Uwalnianie energii z pokarmu odbywa się w każdej żywej komórce i jest nazywane oddychaniem komórkowymoddychanie komórkoweoddychaniem komórkowym. W komórkach organizmów jądrowych proces ten zachodzi w cytozolu i mitochondriach – strukturach, których funkcję można porównać z działaniem elektrowni.

• Związkiem organicznym będącym źródłem energii jest cukier – glukoza. Kiedy w organizmie zabraknie glukozy, rozkładane są substancje zapasowe, głównie inne cukry i tłuszcze, gdy zaś i te rezerwy się wyczerpią, rozkładane są nawet białka. Wykorzystanie białek jako „paliwa” jest skutkiem długotrwałego głodu i na przykład u zwierząt prowadzi do zaniku mięśni.

• Energia chemiczna ulega przetworzeniu w procesie oddychania. Znaczna jej część jest uwalniana i może być transportowana po całej komórce. Jest wykorzystywana tam, gdzie wystąpi zapotrzebowanie na energię.

• W komórce energia jest uwalniana z pokarmu w obecności tlenu lub bez jego udziału, dlatego wyróżnia się dwa sposoby oddychania komórkowego: oddychanie tlenoweoddychanie tlenoweoddychanie tlenowe i fermentacjęfermentacjafermentację. Oddychanie tlenowe jest bardziej wydajne energetycznie niż fermentacja.

• Tlenowo oddychają rośliny i zwierzęta (oprócz pasożytów jelitowych), a także większość mikroorganizmów i grzybów. Podczas tego procesu powstają dwutlenek węgla i woda – proste związki chemiczne ubogie w energię.

• Podczas oddychania tlenowego uwalniane jest także ciepło.

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, np. skrzela u zwierząt wodnych i płuca u kręgowców lądowych. U roślin wymiana gazowa zachodzi przez aparaty szparkowe, które zazwyczaj znajdują się na spodniej stronie liści.

1

Doświadczenie 1

Problem badawczy

Czy w kiełkujących nasionach przebiega proces oddychania?

R1eyvHVhQsZ2G

Hipoteza 1 W kiełkujących nasionach zachodzi proces oddychania., Hipoteza 2 W kiełkujących nasionach nie zachodzi proces oddychania.

Hipoteza 1 W kiełkujących nasionach zachodzi proces oddychania., Hipoteza 2 W kiełkujących nasionach nie zachodzi proces oddychania.

Co będzie potrzebne

• 2 termosy zaopatrzone w termometry

• szklanka suchych nasion grochu

• szklanka kiełkujących nasion grochu

Próba kontrolna

• termos z termometrem z porcją suchych nasion grochu

Próba badawcza

• termos z termometrem z porcją kiełkujących nasion grochu

Instrukcja

1. Przygotuj dwa termosy zaopatrzone w termometry.

2. Do jednego termosu wsyp porcję suchych nasion grochu.

3. Do drugiego termosu wsyp porcję kiełkujących nasion.

4. Oba termosy szczelnie zamknij.

5. Co godzinę odczytuj temperaturę w obu termosach. Wyniki notuj w tabeli.

Czas	Temperatura – próba kontrolna	Temperatura – próba badawcza
Początek doświadczenia
Po 1 godzinie
Po 2 godzinach
Po 3 godzinach
Po 4 godzinach

Rm7lC68yWCYwz

Ilustracja przedstawia 2 zestawy doświadczalne na początku i na końcu doświadczenia. W każdym zestawie są nasiona suche i kiełkujące. Na początku doświadczenia temperatura nasion suchych i nasion kiełkujących wynosi 20 stopni Celsjusza. Po 4 godzinach temperatura nasion suchych wynosi 20 stopni Celsjusza, a nasion kiełkujących 35.

R18IOMAghfLvX

Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zwróć uwagę, czy temperatura w termosie uległa zmianom. Zastanów się, z czego to wynika?

Pokaż odpowiedź

Przykładowe wyniki:

Czas	Temperatura – próba kontrolna	Temperatura – próba badawcza
Początek doświadczenia	20 °C	20 °C
Po 1 godzinie	20 °C	23 °C
Po 2 godzinach	20 °C	27 °C
Po 3 godzinach	20 °C	32 °C
Po 4 godzinach	20 °C	35 °C

Wnioski: W kiełkujących nasionach zachodzi proces oddychania. Hipoteza 1 jest prawdziwa, a hipoteza 2 – fałszywa.

Podsumowanie: Jeśli temperatura w termosie się nie zmieniła, oznacza to, że w nasionach proces oddychania nie zachodzi lub zachodzi na poziomie, który jest nie do wykrycia za pomocą użytego sprzętu. Jeśli temperatura w termosie się podniosła, oznacza to, że kiełkujące nasiona uwalniają ciepło w procesie oddychania tlenowego.

2. Fermentacja

Fermentacja to główny proces, który przeprowadzają organizmy żyjące w środowiskach z niewielką ilością tlenu lub beztlenowych. Zachodzi u niektórych bakterii, grzybów i pasożytów jelitowych, czasem również w komórkach mięśniowych.

• Fermentacja odbywa się w cytozolu. Najbardziej znana jest przeprowadzana przez drożdże fermentacja alkoholowa. 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 oddychanie beztlenowe, uzyskują znacznie mniej energii niż komórki oddychające tlenowo. Przy wystarczającym dostępie tlenu zarówno drożdże, jak i komórki mięśniowe mogą oddychać 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

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.

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 3

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.

Pokaż odpowiedź

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

3. Oddychanie komórkowe a fotosynteza

• Oddychanie i fotosynteza to procesy ściśle od siebie zależne.

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

• 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.

• Związki powstałe podczas oddychania – dwutlenek węgla i woda – są niezbędne do procesu fotosyntezy. W ciągu dnia rośliny zużywają powstający podczas oddychania dwutlenek węgla do fotosyntezy. Jednak jego ilość jest niewystarczająca, dlatego rośliny dodatkowo pobierają ten gaz z otoczenia.

• Warto wiedzieć, że nocą, kiedy fotosynteza ustaje, rośliny – podobnie jak inne organizmy – zużywają tlen, produkują zaś dwutlenek węgla.

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/b/P13v5Fhov

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 [czyt.: Dejwyd Latymer] 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.

Podsumowanie

• 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.

• Oddychanie tlenowe polega na uzyskiwaniu energii w wyniku rozkładu cukrów i przebiega według uproszczonego schematu:

  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 wydzielana jest energia, a podczas fermentacji mlekowej powstaje kwas mlekowy i wydzielana jest energia.

• Tlen 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.

1

Ćwiczenie 2

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.

Rzxay16cTVLT91

Ćwiczenie 2

Wskaż wyjaśnienie pojęcia fermentacja.

Słownik

Zadania