Respirasjonskoeffisienten for proteiner er lik. Metabolismevurdering

Arbeid 3. Bestemmelse av respirasjonskvotient

En viktig indikator på den kjemiske naturen til respirasjonssubstratet er respirasjonskoeffisienten ( DK) – forholdet mellom volumet av karbondioksid som frigjøres ( V(CO 2)) til volumet av absorbert oksygen ( V(O 2)). Når karbohydrater oksideres, er respirasjonskoeffisienten 1; når fett (mer reduserte forbindelser) oksideres, absorberes mer oksygen enn karbondioksid frigjøres og DK < 1. При окислении органических кислот (менее восстановленных, чем углеводы соединений) DK > 1.

Omfanget DK avhenger av andre årsaker. I noen vev, på grunn av vanskelig tilgang til oksygen, sammen med aerob respirasjon, oppstår anaerob respirasjon, som ikke er ledsaget av absorpsjon av oksygen, noe som fører til en økning i verdien av DK. Verdien av respirasjonskoeffisienten bestemmes også av fullstendigheten av oksidasjon av respirasjonssubstratet. Hvis det i tillegg til sluttproduktene samler seg mindre oksiderte forbindelser i vevene, da DK < 1.

Anordningen for å bestemme respirasjonskoeffisienten (fig. 8) består av et reagensrør (fig. 8, a) eller en annen glassbeholder (fig. 8, b) med en tettsittende propp der et målerør med en millimeterpapirskala er satt inn.

Materialer og utstyr. Spirende frø av solsikke, bygg, erter, bønner, lin, hvete, 20 % natriumhydroksidløsning, 2 cm 3 sprøyte, farget væske, petriskål, kjemisk reagensrør, U-formet rør, elastisk rør, plugg med hull, anatomisk pinsett , strimler av filterpapir (1,5-5 cm), millimeterpapir, timeglass i 3 minutter, reagensrørstativ.

Framgang. Tilsett 2 g spirende solsikkefrø i et reagensrør. Lukk reagensrøret tett med en propp koblet med et elastisk rør til et U-formet glassrør, og bruk en pipette til å introdusere en liten dråpe væske i enden av røret, og skape en lukket atmosfære inne i enheten. Sørg for å holde en konstant temperatur under forsøket. For å gjøre dette, plasser enheten på et stativ, og unngå å varme den opp med hendene eller pusten. Bestem hvor mange skaladelinger dråpen vil bevege seg inne i røret på 3 minutter. For å få et nøyaktig resultat, regn ut gjennomsnittet av de tre målingene. Den resulterende verdien uttrykker forskjellen mellom volumet av oksygen absorbert under respirasjon og volumet av karbondioksid som frigjøres.

Åpne enheten med frøene og legg i den med en pinsett en stripe med filterpapir rullet inn i en ring, forhåndsdykket i NaOH-løsning. Lukk reagensrøret igjen, plasser en ny dråpe farget væske i målerøret og fortsett å måle hastigheten ved samme temperatur. De nye dataene, som du igjen beregner gjennomsnittsverdien fra, uttrykker volumet av oksygen som absorberes under respirasjon, siden det frigjorte karbondioksidet absorberes av alkali.

Beregn respirasjonskoeffisienten ved å bruke formelen: , hvor DK- respirasjonskoeffisient; I- volum av oksygen absorbert under respirasjon; EN– forskjellen mellom volumet av oksygen absorbert under respirasjon og volumet av karbondioksid som frigjøres.

Sammenlign verdiene til respirasjonskoeffisientene til de foreslåtte objektene og trekk en konklusjon om den kjemiske naturen til respirasjonssubstratene til hver av objektene.

_________________________________

1 Apparat for å observere gassutveksling under respirasjon av planter og dyr PGD (pedagogisk): bruksanvisning / utg. T.S. Chanova. – M.: Utdanning, 1987. – 8 s.

Respirasjonskoeffisienten er forholdet mellom volumet karbondioksid frigjort og volumet oksygen som absorberes. Respirasjonskoeffisienten er forskjellig under oksidasjon av proteiner, fett og karbohydrater. La oss for eksempel vurdere hva respirasjonskvotienten vil være når kroppen bruker glukose. Det samlede resultatet av oksidasjonen av et glukosemolekyl kan uttrykkes med formelen:

Under oksidasjonen av glukose er antall molekyler karbondioksid som dannes og antall molekyler oksygen brukt (absorbert) like. Et likt antall gassmolekyler ved samme temperatur og samme trykk opptar samme volum (Avogadro-Gerard-loven). Derfor respirasjonskvotienten

forhold) under oksidasjon av glukose og andre karbohydrater er lik enhet.

Når fett og proteiner oksideres, vil respirasjonskvotienten være under enhet. Under fettoksidasjon er respirasjonskoeffisienten 0,7. La oss illustrere dette ved å bruke eksemplet på tripalmitin-oksidasjon:

Forholdet mellom volumene av karbondioksid og oksygen er i dette tilfellet:

En lignende beregning kan gjøres for protein; når det oksideres i kroppen er respirasjonskoeffisienten 0,8.

Med blandet mat er en persons respirasjonskoeffisient vanligvis 0,85-0,9. En viss respirasjonskoeffisient tilsvarer en viss kaloriekvivalent av oksygen, som det fremgår av tabellen. 20.

Tabell 20 Respirasjonskvotient og oksygenkaloriekvivalentforhold

Bestemmelse av energimetabolisme hos mennesker i hvile ved bruk av lukket systemmetode med ufullstendig gassanalyse. Den svært relative konstanten til respirasjonskoeffisienten (0,85-0,90) hos personer med normal ernæring under hvileforhold tillater en ganske nøyaktig bestemmelse av energimetabolismen hos en person i hvile, ved å beregne bare mengden oksygen som forbrukes og dens kaloriekvivalent ved gjennomsnittlig respirasjonskoeffisient.

Mengden oksygen som forbrukes av kroppen studeres ved hjelp av ulike typer spirografer.

Nitrogenutskillelse kan brukes til å bestemme proteinmetabolismen. Protein inneholder omtrent 16 % nitrogen. Under proteinmetabolisme skilles omtrent 90 % av nitrogenet som finnes i protein ut i urinen i form av urea, urinsyre, kreatinin og andre mindre viktige nitrogenholdige forbindelser.

De resterende 10 % skilles ut i avføring Derfor kan hastigheten på proteinnedbrytningen i kroppen beregnes ved å bestemme nitrogeninnholdet i urinen: til denne mengden legg til 10 % av nitrogenet som skilles ut i avføring og multipliser med 6,25 (dvs. 100/16). På denne måten kan du bestemme den totale mengden protein som brytes ned i kroppen per dag. For eksempel betyr utskillelse av 8 g nitrogen i urinen per dag at ca. 55 g protein har gjennomgått nedbrytning. Hvis det daglige proteininntaket er mindre enn mengden proteinnedbrytning, snakker de om en negativ nitrogenbalanse, som betyr en daglig nedgang i proteininnholdet i kroppen.

Respirasjonskoeffisient- forholdet mellom volumet av CO2 som frigjøres og volumet av O2 forbrukt - kan brukes til å bestemme forbruket av karbohydrater og fett. Hvis karbohydrater metaboliseres ved hjelp av oksygen, produserer oksidasjonen av hvert karbohydratmolekyl 1 molekyl karbondioksid og forbruker 1 molekyl oksygen. I dette tilfellet vil forholdet mellom volumet av frigjort karbondioksid og volumet av oksygen som forbrukes, kalt respirasjonskoeffisienten, under oksidasjon av karbohydrater være lik 1,0.

Under fettoksidering I gjennomsnitt, for hver 70 molekyler karbondioksid som produseres, forbrukes 100 molekyler oksygen. Respirasjonskoeffisienten for fettoksidasjon er 0,7. Når bare proteiner oksideres, er respirasjonskoeffisienten omtrent 0,8. Oksygenet som brukes på oksidasjon av disse stoffene, interagerer med hydrogenatomer, som er tilstede i overkant i molekylene til disse stoffene, og derfor dannes det mindre karbondioksid når like mengder oksygen brukes.
Av denne grunn respirasjonskoeffisienten under oksidasjon av proteiner og fett er mindre enn under oksidasjon av karbohydrater.

La oss se på hvordan du kan bruke respirasjonskvotientå bestemme graden av bruk av visse næringsstoffer i kroppen. Mengden karbondioksid frigjort av lungene delt på mengden oksygen som forbrukes i løpet av samme tid kalles lungeventilasjonshastigheten. Hvis denne indikatoren overvåkes i omtrent en time, blir lungeventilasjonsindikatoren lik respirasjonskoeffisienten. Når respirasjonskoeffisientverdien nærmer seg 1,0, indikerer det at karbohydrater har blitt oksidert i kroppen, fordi respirasjonskoeffisienten under oksidasjon av proteiner og fett er betydelig mindre enn 1,0. Hvis respirasjonskoeffisienten er nærmere 0,7, er det bare fett som oksideres i kroppen.

Til slutt, hvis ikke vurdere muligheten for oksidasjon en liten mengde proteiner, kan respiratoriske koeffisientverdier i området 0,7-1,0 omtrent indikere overvekt av oksidasjon av fett eller karbohydrater. For en mer nøyaktig bestemmelse bør du beregne proteinforbruket ved å bestemme mengden nitrogen som skilles ut, og deretter, ved å bruke de riktige matematiske formlene, beregne mengden fett og karbohydrater som forbrukes nesten nøyaktig.
La oss liste det meste signifikante resultater oppnådd fra studiet av respirasjonskoeffisienten.

1. Umiddelbart etter å ha spist blir karbohydrater det viktigste substratet for oksidasjon. Respirasjonskoeffisienten i denne perioden nærmer seg 1,0.
2. 8-10 timer etter et måltid, når kroppen nesten har brukt alle tilgjengelige karbohydrater, nærmer respirasjonskoeffisienten 0,7, noe som indikerer overvekt av bruk av fett.

3. I nærvær av ubehandlet diabetes mellitus kan en svært liten mengde karbohydrater brukes av kroppen under alle forhold, fordi bruken av dem krever insulin, så ved alvorlig diabetes forblir respirasjonskoeffisienten nesten alltid nær 0,7, noe som er typisk for overvekt av fettoksidasjon.

10.1.5. Respirasjonskoeffisient

Respirasjonskoeffisienten, eller pulmonal gassutvekslingsforhold (PG), karakteriserer typen bruk av matvarer i metabolismen. Denne indikatoren bestemmes som følger:

Hvor V CO 2 er utslipp av CO 2, og O 2 er forbruket av O 2. Ved glukoseoksidasjon er mengden oksygen som forbrukes og mengden karbondioksid som frigjøres like, så DC = 1. Dermed er en DC-verdi på én indikator på karbohydratoksidasjon(Tabell 10.1).

Tabell 10.1. Verdier av respiratoriske koeffisienter (RC) og energiekvivalenter under oksidasjon av ulike næringsstoffer

Betydningen av DC ved fettoksidasjon kan ha en enkel forklaring. På grunn av det faktum at det i fettsyrer er færre oksygenatomer per karbonatom enn i karbohydrater, er deres oksidasjon preget av en betydelig lavere respiratorisk koeffisient (DC = 0,7). Ved oksidasjon av rent proteinmat er DC lik 0,81 (tabell 10.1). Med blandet mat er en persons respirasjonskvotient vanligvis 0,83-0,9. En viss DC tilsvarer en viss energi (kalori) oksygenekvivalent(Tabell 10.2), som betyr mengden varme som frigjøres etter at kroppen har konsumert 1 liter O 2.

Forholdet mellom mengden CO 2 som frigjøres og O 2 forbrukt avhenger både av typen næringsstoffer og omdannelsen av noen næringsstoffer til andre. I tilfeller hvor karbohydrater utgjør størstedelen av kostholdet, kan de omdannes til fett. På grunn av det faktum at fett inneholder mindre oksygen enn karbohydrater, er denne prosessen ledsaget av frigjøring av en tilsvarende mengde oksygen. Når det er overmetning med karbohydrater, reduseres mengden oksygen som absorberes i vevene, og DC øker. Ved tvangsfôring (gjess og griser) ble DC-verdier som 1,38 registrert. I perioder med faste og diabetes mellitus kan DC synke til en verdi lik 0,6. Dette skyldes en økning i intensiteten av fett- og proteinmetabolismen sammen med en reduksjon i glukosemetabolismen.

En viktig faktor som påvirker DC-verdien er hyperventilering. Den ekstra mengden CO 2 som pustes ut under hyperventilering kommer fra de enorme lagrene av CO 2 som

Tabell 10.2. Energiekvivalent på 1 l O 2 ved forskjellige respirasjonskoeffisienter

I praksis er gjennomsnittsverdien av energiekvivalenten i omtrentlige beregninger tatt til 20,2 kJ/l O 2, som tilsvarer den metabolske DC-verdien = 0,82. Utvalget av fluktuasjoner i energiekvivalenten avhengig av DC-verdien er som regel lite. Derfor overstiger ikke feilen knyttet til bruk av gjennomsnittlig energiekvivalentverdi ± 4 %.

Lab 21

Bestemmelse av respirasjonskoeffisienten til spirende frø

Prinsippet for metoden. Respirasjonskoeffisient (RK)- indikator for gassutveksling av levende vev. Dette er forholdet mellom mengden karbondioksid som frigjøres under respirasjon og mengden oksygen som absorberes:

DC = CO2 / O2.

Verdien av respirasjonskoeffisienten avhenger av en rekke årsaker. Den første faktoren er den kjemiske naturen til substratet som oksideres under respirasjon. Hvis karbohydrater brukes, er DC nær enhet:

C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6 H2O.

Hvis mer reduserte stoffer, fett og proteiner, oksideres, forbrukes mer oksygen enn karbondioksid frigjøres, og DC er mindre enn én. For eksempel, under oksidasjonen av stearinsyre, er CO2:O2-forholdet 18:26, det vil si 0,69.

Ved oksidering av stoffer som inneholder mer oksygen enn karbohydrater, er respirasjonskoeffisienten større enn én. Når du puster på grunn av oksalsyre i henhold til ligningen 2C2O2H2 + O2 = 4 CO2 + 2H2O, er respirasjonskoeffisienten 4.

Den andre faktoren som bestemmer DC-verdien er luftingsforhold. Med mangel på oksygen i luften, det vil si under anaerobe forhold, øker DC og blir ved karbohydratoksidasjon over én.

DC-verdien indikerer fullstendigheten av substratoksidasjonen. Hvis nedbrytningsprosessen ikke fullføres under oksidasjonen av karbohydrater, men mellomprodukter som er mer oksidert enn karbohydrater akkumuleres, blir DC-verdien mindre enn én. Et lignende fenomen observeres i intensivt voksende gjenstander.

Målet med arbeidet: Bestem respirasjonskoeffisienten til spirende frø.

Framgang: I forsøket bruker de et apparat som består av et reagensrør, som er tett lukket med en gummipropp, med et horisontalt rør med inndelinger satt inn i. Plasser reagensrøret i en kolbe, som er både et stativ og en varmeisolator.

Fyll ½…2/3 av volumet av reagensglasset med spirende hvete- eller solsikkefrø og lukk det tett med en propp med et målerør. En forutsetning for korrekt observasjon er konstansen til enhetens temperatur, siden driften er forbundet med endringer i volumet av gasser.

Derfor må den monterte enheten nå romtemperatur, som oppnås innen 5...7 minutter.

623 " style="width:467.25pt;border-collapse:collapse;border:none">

Utstyr og materialer: 1) spirede frø av myk hvete ( Triticum aestivum L.), erter ( Pisum sativum L.) osv.; 2) 20 % oksalsyreløsning; 3) vann farget med metylenblått; 4) porselenskopp; 5) pinsett; 6) linjal; 7) pipette med en tilbaketrukket ende; 8) strimler av filterpapir som måler 2x6 cm.

Installasjon for å bestemme respirasjonskoeffisienten: Et tynt glassrør bøyd i rett vinkel settes inn i et reagensrør med en godt tilpasset gummipropp. Den horisontale albuen på røret graderes ved å feste en stripe med millimeterpapir til den ved hjelp av gummiringer, og reagensrøret plasseres i et høyt (langs reagensrørets lengde) glass med bomullsull.

Kontrollspørsmål

1. Klassifisering av enzymatiske luftveier. Virkningsmekanismer.

2. Baner for transformasjon av luftveissubstratet. Glykolyse. Pentose fosfat syklus.

3. Oksidativ fosforylering i plantemitokondrier.

4. Krebs syklus.

5. Konseptet med respirasjonskoeffisient. Metoder for å bestemme respirasjonskoeffisienten.

6. Økologi for å puste. Avhengighet av respirasjon av endogene og eksogene faktorer.