Respiratia anaeroba. Respiratia la plante. Influenta factorilor de mediu asupra intensitatii respiratiei.

Respiratia anaeroba Definitie. Anaerob=fara aer Respiratia anaeroba este intalnita la organismele an aerobionte. Ea consta in oxidarea partiala sau totala a unor substante organice pana la formarea unui produs intermediar si a dioxidului de carbon. Din aceste o xidari 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.) Re spiraia anaeroba este caracteristica ciupercilor si bacteriilor, dar exista si la plantele superioare si esuturile animale. Astfel, datorita respiraiei anaerobe, p lantele superioare din culturile inundate pot supravieui cteva zile.

La animale, in celulele musculare, datorita unui efort prelungit, aportul de oxi gen este insuficient pentru respiraia aeroba. De aceea, in muchi se acumuleaz o mar e cantitate de acid lactic. El este toxic si blocheaz contracia 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 pat runda 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 jo s 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 sc urt timp. Iata de ce, pe terenurile cu semanaturi inundate, apa trebuie drenata rapid. In cazul unei oxigenari inadecvate, excesul de acid lactic produs de resp iratia anaeroba determina declansarea de crampe. Oxigenarea este ameliorata prin respiratii profunde si rapide.

Respiraia anaeroba la bacterii si ciuperci se numete fermentaie. Randamentul energe tic este mult mai mic fa de respiraie. n cazul degradrii fermentative a glucozei se t raverseaz prima etap glicoliza; ca urmare se sintetizeaz numai dou molecule de ATP i nu 36, cte se sintetizeaz n respiraie. Fermentaiile sunt caracteristice microorganism elor unicelulare care au un metabolism anaerob. Se presupune c aceste mecanisme s unt similare cu cele ale primelor forme de via care au aprut pe pmnt i care au trit n un mediu lipsit de oxigen. Exist mai multe tipuri de fermentaie; denumirea lor der iv de la un produs final pe care-l genereaz. Mai frecvente i cu importan economic deos ebit sunt fermentaiile alcoolic i lactic precum si cea acetica

ciuperci: drojdia de bere, drojdia vinului. Fermentaia alcoolic a fost descoperit P asteur (1860) care a numit-o via fr aer; este caracteristic unor drojdii (drojdia de b re, drojdia vinului) care degradeaz glucoza la doua molecule de acid piruvic. Aci dul piruvic va fi apoi redus la alcool etilic cu producerea de dioxid de carbon care va fi eliberat din celul ca produs rezidual. Umflarea i caracterul alveolar a l aluatului, ca i fierberea mustului se datoresc acestui gaz degajat. Fermentaia alcoolica este produsa de unele

Reacia poate fi sintetizat astfel: glicoliza fermentaie Glucoza - acid piruvic - al + CO2 alcool. Fermentaia alcoolic este de o importan excepional pentru existena oamen lor. Ea st la baza preparrii aluatului pentru pine, a producerii vinului i berii etc . Industria fermentativ este una dintre cele mai dezvoltate i profitabile ramuri a le industriei alimentare. . Umflarea aluatului de pine ca si fierberea mustului se datoresc bulelor de CO2 degajate.

Produsul fermentatiei alcolice si anume alcoolul este toxic pentru organism.

Fermentatia lactica Fermentaia lactic este tipic bacteriilor lactice. n cadrul ferme ntaiei are loc reducerea acidului piruvic, produs prin glicoliz, la acid lactic, c are este excretat din celul. Producerea iaurtului se bazeaz pe aceast reacie: glicol iza fermentaie glucoza - acid piruvic - acid lactic lactic fermentaia lactic poate ele musculare dup un efort intens, prelungit.

Apariia acestei ci metabolice se datoreaz carenei de oxigen. Aprovizionarea cu oxige n este insuficient pentru metabolizarea ntregii cantiti de acid piruvic rezultat pri n glicoliz. Cu alte cuvinte este blocat n bun parte ciclul Krebs, ceea ce duce la r educerea acidului piruvic excedentar la acid lactic, n citosol. Se acumuleaz astfel n muchi, progresiv, tot mai mult acid lactic, iar la un anumit nivel blocheaz contracia fibrelor musculare. Acum apar crampele musculare. Dup nceta rea efortului, celula muscular primete suficient oxigen; acidul lactic este transf ormat n acid piruvic; se reactiveaz ciclul Krebs i catena respiratorie, care vor de grada acidul piruvic pn la dioxid de carbon i ap. Muchii devin api de noi eforturi (co ntracii).

Acid lactic

n cadrul unei fermentatii spontane, datorita faptului ca participa un numar mare de microorganisme diferite, n afara de acid lactic se formeaza alcool si cantitat i mici de acid acetic si chiar butiric. Pentru favorizarea fermentatiei lactice se adauga 2 3% sare. La aceasta concentratie, bacteriile lactice se dezvolta foa rte bine, acumularea de acid lactic nefiind stnjenita, pe cnd dezvoltarea bacterii lor de putrefactie este oprita, n mare masura. Adaugarea de sare permite extrager ea substantelor nutritive din celulele produsului, iar n cazul n care se foloseste sub forma de solutie, sarea ajuta la formarea unui mediu anaerob, favorabil dez voltarii bacteriilor lactice.

La conservarea prin fermentare lactica, o deosebita importanta o au condimentele si n special usturoiul, care nu mpiedica dezvoltarea bacteriilor lactice, dar pri n actiunea lui fitoncida puternica, nlatura microorganismele straine, n special ce le de putrefactie. Suplimentar, condimentele folosite (usturoiul, hreanul, marar ul, etc.) contribuie la formarea gustului specific al produsului. Pentru a evita aparitia unor fermentatii secundare s-a propus folosirea culturilor pure de bac terii lactice. S-a constatat ca n acest caz, gustul si aroma s-au mbunatatit simti tor, iar accidentele de fabricatie au scazut.

La fermentarea lactica se deosebesc trei faze: q Faza preliminara care se caract erizeaza printr-o fermentare violenta, ntovarasita de o degajare puternica de gaz e, aer, dioxid de carbon, etc. n aceasta faza, fermentatia lactica se desfasoara n paralel cu fermentatia alcoolica si se acumuleaza aproximativ 0,3% acid lactic, reactia mediului devenind acida; q Faza principala este caracterizata prin domi narea fermentatiei lactice, cu acumulare intensiva de acid lactic (de la 0,3% pna la 1,5%, eventual chiar mai mult). Durata acestei faze depinde n special de temp eratura. Cresterea temperaturii accelereaza acumularea acidului lactic, dar infl uenteaza negativ asupra calitatii si conservabilitatii produsului finit; q Faza finala se caracterizeaza prin scaderea treptata a acidului lactic, care ncepe sa fie distrus de unele microorganisme, n special de Oidium lactis si de drojdiile s albatice ce se dezvolta la suprafata sub forma unei pelicule.

Bacteriile lactice sunt de dou tipuri: 1. bacterii lactice adevrate (genul Termoba cterium din care fac parte Bact. Lactis, Bact. Helveticum, Bact. Casei, Bact. Yo ghurti, Bact.Delbrcki cu temperatura de 300C); 2. bacterii lactice false (Bact. A erogenes etc.) productoare i de gaze (bioxid de carbon ihidrogen), care degradeaz pr odusele. Fermentaia lactic st la baza obinerii produselor lactice dietetice, a metod ei de conservare. Prin murare devine un factor negativ n pstrarea unor produse ali mentare, ca laptele proaspt. Produsele lactice acide nu se pot pstra vreme ndelungat, deoarece mediul acid este favorabil mediului n sens alcalin, ncepe dezvoltarea microflorei de putrefacie

Enterobacter Aerogenes -bacterie lactica falsa

Lactococcus lactis bactierie lactica adevarata

Fermentatia acetica

ageni biologici: Bact. Aceti, Bact. Pasteurianum, Bact. Oxydans, Bact. Acetosum, Bact. Ascendens etc. i const n oxidarea alcoolului etilic pn la acid acetic. Temperat ura optim pentru fermentaia acetic este de 25350C. Fermentaia acetic cauzeaz alterarea vinului, berii, produselor lactate acide, dac se afl n butelii sau recipiente desch ise, deoarece are loc n prezena oxigenului. Mycoderma aceti Fermentaia acetic este provocat de diveri

Dpdv filogenetic respiratia anaeroba e un tip inferior de respiratie iar intre c ele doua tipuri de respiratie , exista o legatura de geneza stabilita in cursul evolutiei organismelor vii Primele organisme aparute pe Pamant in erele geologic e indepartate cand atmosfera era lipsita sau saraca in O2 au fost organisme cu r espiratie anaeroba. Pe masura acumularii O2 liber rezultat in procesul de fotosi nteza, 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 prod usii intermediari si finali care se formeaza in cursul procesului. Energia care se elibereza este folosita in diferitele sinteze organice, in absorbtia si condu cerea ubstantelor, in crestere, pentru mentinerea labilitatii protoplasmei, in m iscarile 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 substra t respirator, este descompusa treptat de catre enzime specifice. In unele etape ale descompunerii substratului respirator se consuma energie, iar in altele se e libereaza 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 lib ertate energie in cantitate mare.Experientele efectuate au aratat ce oxidarea su bstratului prin fixarea directa a O2, practic nu se produce. O2 atmosferic penrt u 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 pr in ruperea dublei legaturi obtinemO-O- activat, care poate oxida substratul.In p rocesul respiratiei oxidarea se poate realiza si prin pierderea de O2. H2 luat d e 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 dac a, in prealabil, H2 si O2 sunt activati. Mecanismul respiratiei prezinta trei as pecta importante:

a)descompunerea substratului respirator; b)la nivelul lantului respirator se rea lizeaza pierderi de H2 si activare in ioni de H+, transportul de electroni si ac tivarea O2-O-O-prin captare de electroni. Oxigenul asfel activat devine acceptor de protoni de H si formeaza apa; c) aspectul energetic al respiratiei: transfer ul 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 nive lul mitocondriilor obtinandu-se numeroase substante intermediare. Prin aceasta s i energia este pusa in libertate in mod treptat.

SUBSTANTE CARE SE CONSUMA IN RESPIRATIE Princiapalul material al respiratiei aer obe il constituie glicidele:totusi nu trebuie subapreciat rolul lipidelor si al proteinelor ce substante folosite in respiratie. Plantele superioare, cand dispu n de putine glucide,consuma in respiratia lor in acizi organici (acid oxalic,aci d citric si amalic).Proportia in care sunt consumate aceste substante organice d epind de conditiile de viata in care traiesc plantele. Pentru oxidarea subtantel or care constituie substratul respirator, plantele absorb O2 din mediul inconjur ator intr-o anumita proportie si elimina CO2 in alta proportie.deci intre cantit atea 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 sim bolic cu QR In cazul cand in planta se oxideaza glicide, QR are valoare egala te oretic, cu unitatea(1) In cazul cand substanta care se oxideaza in procesul resp iratiei este mai bogata in oxigen (de exemplu, acizi organici ), QR este mai mar e decat unitatea. In cazul cand in respiratia plantelor sunt oxidate substante s arace inO2, oxidarea lor necesita o mai mare cantitate de O2 si ca atare, valoar ea liuQRe mai mica decat uinitatea.

Influenta factorilor de mediu asupra intensitatii respiratiei FACTORI INTERNI: Influenta cantitatii de substante organice arata ca pe masura c e substratul respirator se micsoreaza, respiratia descreste. La frunzele plantel or expuse la soare, care produc pirn fotosinteza o cantitate mai mare de substan te organice, respirata este mult mai intensa decat cele e la umbra,o caror fotos inteza este mult mai slaba.

Infuenta gradului de hidratare a protoplasmei. La unele organisme vegetale peria da 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. Fa ptul se explica prin aceea ce substantele care sunt descompuse in respiratia pla ntelor se oxideaza numai daca sunt dizolvate in apa. Deci, gradul de hidratare a l protolasmei influenteaza intensitatea respiratiei

Varsta Frunzele plantelor pe masura ce inbatranesc, au intensitatea respiratiei mai scazuta; la fel, la fructele carnoase intensitatea respiratiei scade progres iv pana in momentul coacerii lor. Celula unui tesut tanar, respira mai intens de cat celulele unui tesut batran.

Starea de repaus a plantelor sau organele lor influenteaza foarte puternic inten sitatea respiratiei. Astfel, mugurii plantelor lemnoase, in timpul iernii, din c auza temperaturii scazute, respira mai putin intens. Semintele in stare de repau s, din cauza continutului foarte sacazut in apa, au respiratie foarte slaba. Tub erculii, bulbii au, de asemenea, o respiratie slaba, din cauza temperaturii scaz ute 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 t emperatura pana la 30-35o C incepe sa scada din caua vatamarii protoplasmei. Tot usi experientele au aratat ca temperatura minima si maxima la care respiratia se opreste variaza foarte mult la diferite plante. Intre minimele si maximele de t emperatura, intensitate respiratiei creste direct proportional cu aceasta.

Influenta concentratiei CO2 si a O2. CO2 afecteaza puternic respiratia daca se c oncentreaza 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 celulelo r. In cea ce priveste concentratia O2,experientele au aratat ca o crestere a ace stuia de la 21% si pana la 50% accelereaza intensitatea respiratiei. Peste 50% i ntensitatea respiratiei este accelerata pentru o scurta perioad de timp, apoi sc ade brusc Dioxid de Carbon Oxigen

Influenta factorilor mecanici. Diferitele actiuniu traumatice ca: taierea, intep area, infectia parazitara etc., care duc la ranirea organelor vegetale, maresc t emporar intensitatea respiratiei. Cresterea intensitatii respiratiei datorita ra nilor se exlica prin accesul mai mare al O2 si ridicarea temperaturii cu cateva grade in zona ranita