Il coefficiente respiratorio per le proteine ​​è uguale. Valutazione del metabolismo

Lavoro 3. Determinazione del quoziente respiratorio

Un indicatore importante della natura chimica del substrato respiratorio è il coefficiente respiratorio ( Non so) – rapporto tra il volume di anidride carbonica rilasciata ( V(CO 2)) al volume di ossigeno assorbito ( V(O2)). Quando i carboidrati vengono ossidati, il coefficiente respiratorio è 1; quando i grassi (composti più ridotti) vengono ossidati, viene assorbito più ossigeno che anidride carbonica rilasciata e Non so < 1. При окислении органических кислот (менее восстановленных, чем углеводы соединений) Non so > 1.

Grandezza Non so dipende da altri motivi. In alcuni tessuti, a causa del difficile accesso dell'ossigeno, insieme alla respirazione aerobica, si verifica la respirazione anaerobica, che non è accompagnata dall'assorbimento di ossigeno, che porta ad un aumento del valore di Non so. Il valore del coefficiente respiratorio è determinato anche dalla completezza dell'ossidazione del substrato respiratorio. Se, oltre ai prodotti finali, nei tessuti si accumulano composti meno ossidati, allora Non so < 1.

Il dispositivo per determinare il coefficiente respiratorio (Fig. 8) è costituito da una provetta (Fig. 8, a) o da un altro recipiente di vetro (Fig. 8, b) con un tappo ermetico in cui si inserisce un tubo di misurazione con una scala di carta millimetrata è inserito.

Materiali e attrezzature. Semi in germinazione di girasole, orzo, piselli, fagioli, lino, grano, soluzione di idrossido di sodio al 20%, siringa da 2 cm 3, liquido colorato, capsula Petri, provetta chimica, tubo a U, tubo elastico, tappo con foro, pinzetta anatomica , strisce di carta da filtro (1,5-5 cm), carta millimetrata, clessidra per 3 minuti, portaprovette.

Progresso. Aggiungere 2 g di semi di girasole in germinazione in una provetta. Chiudere bene la provetta con un tappo collegato tramite un tubo elastico a un tubo di vetro a forma di U e utilizzare una pipetta per introdurre una piccola goccia di liquido nell'estremità del tubo, creando un'atmosfera chiusa all'interno del dispositivo. Assicurati di mantenere una temperatura costante durante l'esperimento. Per fare ciò posizionate il dispositivo su un treppiede, evitando così di scaldarlo con le mani o con il respiro. Determina di quante divisioni di scala si sposterà la goccia all'interno del tubo in 3 minuti. Per ottenere un risultato accurato, calcolare la media delle tre misurazioni. Il valore risultante esprime la differenza tra il volume di ossigeno assorbito durante la respirazione e il volume di anidride carbonica rilasciata.

Aprire il dispositivo con i semi e inserire al suo interno con una pinzetta una striscia di carta da filtro arrotolata ad anello, pre-imbevuta di soluzione di NaOH. Richiudi la provetta, metti una nuova goccia di liquido colorato nel tubo di misurazione e continua a misurare la sua velocità alla stessa temperatura. I nuovi dati, da cui si calcola nuovamente il valore medio, esprimono il volume di ossigeno assorbito durante la respirazione, poiché l'anidride carbonica rilasciata viene assorbita dagli alcali.

Calcolare il coefficiente respiratorio utilizzando la formula: , dove Non so– coefficiente respiratorio; IN– volume di ossigeno assorbito durante la respirazione; UN– la differenza tra il volume di ossigeno assorbito durante la respirazione e il volume di anidride carbonica rilasciata.

Confronta i valori dei coefficienti respiratori degli oggetti proposti e trai una conclusione sulla natura chimica dei substrati respiratori di ciascuno degli oggetti.

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1 Dispositivo per l'osservazione dello scambio di gas durante la respirazione di piante e animali PGD (didattico): manuale di istruzioni / ed. TS Chanova. – M.: Educazione, 1987. – 8 p.

Il coefficiente respiratorio è il rapporto tra il volume di anidride carbonica rilasciata e il volume di ossigeno assorbito. Il coefficiente respiratorio è diverso durante l'ossidazione di proteine, grassi e carboidrati. Consideriamo, ad esempio, quale sarà il quoziente respiratorio quando l'organismo utilizza il glucosio. Il risultato complessivo dell'ossidazione di una molecola di glucosio può essere espresso dalla formula:

Durante l'ossidazione del glucosio, il numero di molecole di anidride carbonica formate e il numero di molecole di ossigeno spese (assorbite) sono uguali. Un uguale numero di molecole di gas alla stessa temperatura e alla stessa pressione occupano lo stesso volume (legge di Avogadro-Gerard). Pertanto, il quoziente respiratorio

rapporto) durante l'ossidazione del glucosio e di altri carboidrati è uguale all'unità.

Quando i grassi e le proteine ​​vengono ossidati, il quoziente respiratorio sarà inferiore all’unità. Durante l'ossidazione dei grassi, il coefficiente respiratorio è 0,7. Illustriamolo usando l'esempio dell'ossidazione della tripalmitina:

Il rapporto tra i volumi di anidride carbonica e ossigeno in questo caso è:

Un calcolo simile può essere fatto per le proteine; quando è ossidato nel corpo, il coefficiente respiratorio è 0,8.

Con il cibo misto, il coefficiente respiratorio di una persona è solitamente 0,85-0,9. Ad un certo equivalente calorico di ossigeno corrisponde un certo coefficiente respiratorio, come si può vedere dalla tabella. 20.

Tabella 20 Quoziente respiratorio e rapporto equivalente calorico dell'ossigeno

Determinazione del metabolismo energetico nell'uomo a riposo utilizzando un metodo a sistema chiuso con analisi dei gas incompleta. La costanza molto relativa del coefficiente respiratorio (0,85-0,90) in persone con alimentazione normale in condizioni di riposo consente di determinare in modo abbastanza accurato il metabolismo energetico in una persona a riposo, calcolando solo la quantità di ossigeno consumato e prelevandone l'equivalente calorico al coefficiente respiratorio medio.

La quantità di ossigeno consumato dall'organismo viene studiata utilizzando vari tipi di spirografi.

Escrezione di azoto può essere utilizzato per determinare il metabolismo delle proteine. Le proteine ​​contengono circa il 16% di azoto. Durante il metabolismo delle proteine, circa il 90% dell'azoto presente nelle proteine ​​viene escreto nelle urine sotto forma di urea, acido urico, creatinina e altri composti contenenti azoto meno importanti.

Il restante 10% escreto con le feci Pertanto, la velocità di degradazione proteica nell'organismo può essere calcolata determinando il contenuto di azoto nelle urine: a questa quantità aggiungere il 10% dell'azoto escreto con le feci e moltiplicare per 6,25 (cioè 100/16). In questo modo è possibile determinare la quantità totale di proteine ​​scomposte nel corpo ogni giorno. Ad esempio, l'escrezione di 8 g di azoto nelle urine al giorno significa che circa 55 g di proteine ​​sono state degradate. Se l'apporto proteico giornaliero è inferiore alla quantità di degradazione proteica, si parla di un bilancio azotato negativo, il che significa una diminuzione giornaliera del contenuto proteico nel corpo.

Coefficiente respiratorio- il rapporto tra il volume di CO2 rilasciato e il volume di O2 consumato - può essere utilizzato per determinare il consumo di carboidrati e grassi. Se i carboidrati vengono metabolizzati utilizzando l'ossigeno, l'ossidazione di ciascuna molecola di carboidrati produce 1 molecola di anidride carbonica e consuma 1 molecola di ossigeno. In questo caso, il rapporto tra il volume di anidride carbonica rilasciata e il volume di ossigeno consumato, chiamato coefficiente respiratorio, durante l'ossidazione dei carboidrati sarà pari a 1,0.

Durante l'ossidazione dei grassi In media, per ogni 70 molecole di anidride carbonica prodotte, vengono consumate 100 molecole di ossigeno. Il coefficiente respiratorio per l'ossidazione dei grassi è 0,7. Quando vengono ossidate solo le proteine, il coefficiente respiratorio è di circa 0,8. L'ossigeno speso per l'ossidazione di queste sostanze interagisce con gli atomi di idrogeno, che sono presenti in eccesso nelle molecole di queste sostanze, pertanto, a parità di ossigeno, si forma meno anidride carbonica.
Per questa ragione il coefficiente respiratorio durante l'ossidazione di proteine ​​e grassi è inferiore rispetto all'ossidazione dei carboidrati.

Diamo un'occhiata a come è possibile utilizzare quoziente respiratorio per determinare il grado di utilizzo di determinati nutrienti nel corpo. La quantità di anidride carbonica rilasciata dai polmoni divisa per la quantità di ossigeno consumato nello stesso tempo è chiamata velocità di ventilazione polmonare. Se questo indicatore viene monitorato per circa un'ora, l'indicatore di ventilazione polmonare diventa uguale al coefficiente respiratorio. Quando il valore del coefficiente respiratorio si avvicina a 1,0, indica che i carboidrati sono stati ossidati nel corpo, perché il coefficiente respiratorio durante l'ossidazione di proteine ​​e grassi è significativamente inferiore a 1,0. Se il coefficiente respiratorio è più vicino a 0,7, nel corpo vengono ossidati solo i grassi.

Infine, se no considerare la possibilità di ossidazione una piccola quantità di proteine, quindi valori del coefficiente respiratorio compresi tra 0,7 e 1,0 possono indicare approssimativamente la predominanza dell'ossidazione di grassi o carboidrati. Per una determinazione più accurata, è necessario calcolare il consumo di proteine ​​determinando la quantità di azoto escreto e quindi, utilizzando le formule matematiche appropriate, calcolare in modo quasi accurato la quantità di grassi e carboidrati consumati.
Elenchiamo i più risultati significativi ottenuti dallo studio del coefficiente respiratorio.

1. Immediatamente dopo aver mangiato, i carboidrati diventano il substrato più significativo per l'ossidazione. Il coefficiente respiratorio durante questo periodo si avvicina a 1,0.
2. 8-10 ore dopo aver mangiato, quando il corpo ha quasi utilizzato tutti i carboidrati disponibili, il coefficiente respiratorio si avvicina a 0,7, il che indica la predominanza dell'uso dei grassi.

3. In presenza di diabete mellito non trattato, una quantità molto piccola di carboidrati può essere utilizzata dall'organismo in qualsiasi condizione, perché il loro utilizzo richiede insulina, quindi nel diabete grave il quoziente respiratorio rimane quasi sempre vicino a 0,7, tipico della predominanza dell'ossidazione dei grassi.

10.1.5. Coefficiente respiratorio

Il coefficiente respiratorio, o rapporto di scambio gassoso polmonare (PG), caratterizza il tipo di utilizzo dei prodotti alimentari nel metabolismo. Questo indicatore è determinato come segue:

Dove V CO2 è il rilascio di CO2 e O2 è il consumo di O2. Nel caso dell'ossidazione del glucosio, la quantità di ossigeno consumato e la quantità di anidride carbonica rilasciata sono uguali, quindi DC = 1. Pertanto, un valore DC pari a uno è indicatore dell’ossidazione dei carboidrati(Tabella 10.1).

Tabella 10.1. Valori dei coefficienti respiratori (RC) e degli equivalenti energetici durante l'ossidazione dei vari nutrienti

Il significato della DC nel caso dell’ossidazione dei grassi può avere una spiegazione semplice. Dato che negli acidi grassi ci sono meno atomi di ossigeno per atomo di carbonio rispetto ai carboidrati, la loro ossidazione è caratterizzata da un coefficiente respiratorio significativamente più basso (DC = 0,7). Nel caso dell'ossidazione di alimenti prettamente proteici la DC è pari a 0,81 (Tabella 10.1). Con il cibo misto, il quoziente respiratorio di una persona è solitamente 0,83-0,9. Una certa DC corrisponde ad una certa energia (calorico) equivalente di ossigeno(Tabella 10.2), che significa la quantità di calore rilasciata dopo che il corpo ha consumato 1 litro di O 2.

Il rapporto tra la quantità di CO 2 rilasciata e la quantità di O 2 consumata dipende sia dal tipo di nutrienti che dalla conversione di alcuni nutrienti in altri. Nei casi in cui i carboidrati costituiscono la maggior parte della dieta, possono essere convertiti in grassi. Poiché i grassi contengono meno ossigeno dei carboidrati, questo processo è accompagnato dal rilascio di una quantità corrispondente di ossigeno. Quando c'è una saturazione eccessiva di carboidrati, la quantità di ossigeno assorbito nei tessuti diminuisce e la DC aumenta. Nel caso dell’alimentazione forzata (oche e suini) sono stati registrati valori DC pari a 1,38. Durante i periodi di digiuno e di diabete mellito la DC può diminuire fino ad un valore pari a 0,6. Ciò è dovuto ad un aumento dell’intensità del metabolismo dei grassi e delle proteine ​​insieme ad una diminuzione del metabolismo del glucosio.

Un fattore importante che influenza il valore DC è iperventilazione. La quantità aggiuntiva di CO 2 espirata durante l'iperventilazione proviene da quelle vaste riserve di CO 2 che

Tabella 10.2. Energia equivalente di 1 l O 2 a diversi coefficienti respiratori

In pratica, nei calcoli approssimativi, si assume che il valore medio dell'energia equivalente sia pari a 20,2 kJ/l O 2, a cui corrisponde il valore della DC metabolica = 0,82. L'intervallo di fluttuazioni dell'equivalente energetico in base al valore DC è, di regola, piccolo. Pertanto, l'errore associato all'utilizzo del valore medio di energia equivalente non supera il ± 4%.

Laboratorio 21

Determinazione del coefficiente respiratorio dei semi germinanti

Principio del metodo. Coefficiente respiratorio (RK)- indicatore dello scambio gassoso dei tessuti viventi. Questo è il rapporto tra la quantità di anidride carbonica rilasciata durante la respirazione e la quantità di ossigeno assorbito:

CC = CO2/O2.

Il valore del coefficiente respiratorio dipende da una serie di motivi. Il primo fattore è la natura chimica del substrato ossidato durante la respirazione. Se vengono utilizzati i carboidrati, la DC è vicina all'unità:

C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6 H2O.

Se vengono ossidate più sostanze ridotte, grassi e proteine, viene consumato più ossigeno che anidride carbonica rilasciata e la DC è inferiore a uno. Ad esempio, durante l'ossidazione dell'acido stearico, il rapporto CO2:O2 è 18:26, cioè 0,69.

Quando si ossidano sostanze contenenti più ossigeno dei carboidrati, il coefficiente respiratorio è maggiore di uno. Pertanto, quando si respira a causa dell'acido ossalico secondo l'equazione 2C2O2H2 + O2 = 4 CO2 + 2H2O, il coefficiente respiratorio è 4.

Il secondo fattore che determina il valore DC sono le condizioni di aerazione. In mancanza di ossigeno nell'aria, cioè in condizioni anaerobiche, la DC aumenta e, nel caso dell'ossidazione dei carboidrati, diventa superiore a uno.

Il valore DC indica la completezza dell'ossidazione del substrato. Se durante l'ossidazione dei carboidrati il ​​processo di decomposizione non procede fino al completamento, ma si accumulano prodotti intermedi più ossidati dei carboidrati, il valore DC diventa inferiore a uno. Un fenomeno simile si osserva negli oggetti a crescita intensiva.

Obiettivo del lavoro: determinare il coefficiente respiratorio dei semi germinanti.

Progresso: Nell'esperimento utilizzano un dispositivo costituito da una provetta, chiusa ermeticamente con un tappo di gomma, in cui è inserito un tubo orizzontale con divisioni. Metti la provetta in un pallone, che funge sia da supporto che da isolante termico.

Riempire ½...2/3 del volume della provetta con semi di grano o di girasole in germinazione e chiuderla ermeticamente con un tappo dotato di provetta graduata. Un prerequisito per una corretta osservazione è la costanza della temperatura del dispositivo, poiché il suo funzionamento è associato a variazioni del volume dei gas.

Pertanto il dispositivo montato deve raggiungere la temperatura ambiente, che viene raggiunta entro 5...7 minuti.

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Attrezzature e materiali: 1) semi germogliati di grano tenero ( Triticum aestivum L.), piselli ( Pisum sativum L.) ecc.; 2) Soluzione di acido ossalico al 20%; 3) acqua colorata con blu di metilene; 4) tazza di porcellana; 5) pinzetta; 6) righello; 7) pipetta con estremità retratta; 8) strisce di carta filtro da 2x6 cm.

Installazione per la determinazione del coefficiente respiratorio: Un sottile tubo di vetro piegato ad angolo retto viene inserito in una provetta con un tappo di gomma ben aderente. Il gomito orizzontale del tubo viene graduato attaccandovi una striscia di carta millimetrata mediante anelli di gomma e la provetta viene posizionata in un bicchiere alto (lungo la lunghezza della provetta) con un batuffolo di cotone.

Domande di controllo

1. Classificazione dei sistemi respiratori enzimatici. Meccanismi d'azione.

2. Vie di trasformazione del substrato respiratorio. Glicolisi. Ciclo dei pentoso fosfati.

3. Fosforilazione ossidativa nei mitocondri vegetali.

4. Ciclo di Krebs.

5. Il concetto di coefficiente respiratorio. Metodi per la determinazione del coefficiente respiratorio.

6. Ecologia della respirazione. Dipendenza della respirazione da fattori endogeni ed esogeni.