B01 - ODDYCHANIE TLENOWE I FERMENTACJA
podstawa programowa: biologia klasa V - sposoby wytwarzania energii potrzebnej do życia
Do doświadczenia potrzebujesz:
|
Co? |
Skąd? |
Ile kosztuje? |
|---|---|---|
|
dwie przezroczyste szklanki (lub kubki lub słoiki) - pojemność ok. 300ml |
masz w domu |
- |
|
dodatkowe kubki/filiżanki (mogą być mniejsze i nieprzezroczyste) |
masz w domu |
- |
|
dzbanek z wodą |
masz w domu | - |
| nóż do masła |
masz w domu | - |
| dwie łyżeczki do herbaty | masz w domu | - |
| cukier (20 łyżeczek) | masz w domu | - |
| olej spożywczy (ok. 50 ml) | masz w domu | - |
| drożdże (kostka 100g) | sklep spożywczy | 2 zł |
Cena całego zestawu: 2 zł
Przebieg eksperymentu:
Część I
- Przygotuj odchlorowaną wodę: odstaw wodę z kranu w dzbanku przynajmniej na dwa dni.
- Wlej około 200ml odchlorowanej wody do dwóch przezroczystych szklanek.
- Rozmieszaj w szklankach po 10 łyżeczek cukru.
- Do kolejnych dwóch kubków włóż po 1/5 kostki drożdży (około 20 gramów).
- Odlej do kubków z drożdżami niewielką ilość wody z cukrem ze szklanek i dokładnie wymieszaj drożdże, aż uzyskasz jednolitą ciecz.
- Wlej tak rozrobione drożdże do szklanek z wodą z cukrem i dokładnie wymieszaj.
- Do jednej ze szklanek wlej olej spożywczy – tak aby utworzył grubą warstwę nad wodą z drożdżami.
- Wodę z drożdżami w drugiej szklance (tej bez oleju) co chwila intensywnie mieszaj łyżeczką.
- Przez około półtorej godziny obserwuj zachodzące zmiany.
Część II
- Obie szklanki odstaw na dwa dni.
- Szklankę bez oleju co jakiś czas intensywnie mieszaj łyżeczką.
- Po dwóch dniach zbierz łyżeczką cały olej ze szklanki – tak aby w szklance nie było już jego warstwy.
- Obie szklanki intensywnie zamieszaj i powąchaj.
UWAGA: film z pokazanym eksperymentem przeznaczony jest najpierw dla rodzica.
Młody naukowcu - nie psuj sobie zabawy! nie oglądaj filmu ani nie czytaj poniżej zamieszczonego wyjaśnienia przed wykonaniem eksperymentu pod okiem rodzica.
TEORIA
Co wyszło w doświadczeniu?
W obu szklankach wydzielały się intensywnie bąbelki gazu. W szklance z olejem widać było, jak przebijają się przez warstwę oleju. W szklance bez oleju widać było intensywne pienienie się, szczególnie przy mieszaniu łyżeczką.
Po dwóch dniach ze szklanki, w której była warstwa oleju, czuć wyraźnie zapach alkoholu (podobny do zapachu płynu do dezynfekcji rąk). Lekki zapach alkoholu może też być wyczuwalny z tej drugiej szklanki, lecz znacznie mniej intensywny niż z pierwszej szklanki.
Co tu się dzieje?
Drożdże to mikroskopijne organizmy – jednokomórkowe grzyby. Drożdże potrzebują cukru do wytwarzania energii potrzebnej im do życia. W obu szklankach drożdże dostały dużo cukru i zaczęły się nim odżywiać.
Dlaczego wydzielają się bąbelki?
Tak jak my, drożdże oddychają tlenem znajdującym się w powietrzu. Tak działo się w szklance bez oleju. Dodatkowo ułatwialiśmy drożdżom dostęp do tlenu, mieszając co chwila ciecz w szklance. Drożdże wydzielały gaz – dwutlenek węgla. Podobnie my – żyjąc – również wydychamy dwutlenek węgla.
Drożdze potrafią jednak obyć się również bez tlenu – nadal są w stanie odżywiać się i żyć. Dlatego w szklance z warstwą oleju, mimo że olej (działający jak płynny korek) odciął drożdżom dostęp do powietrza, drożdże i tak żyły i odżywiały się cukrem, wydzielając bąbelki dwutlenku węgla.
Oddychanie tlenowe
Jeżeli drożdże mają dostęp do powietrza, używają znajdujący się w powietrzu tlen do wytwarzania energii z cukru. Podobnie wydziela się dużo energii na przykład z palącego się na powietrzu drewna. Proces, który zachodzi w drożdżach, to też rodzaj „spalania” – tylko że powolnego i rozdrobnionego - bez widocznego płomienia. Proces ten nazywa się oddychaniem tlenowym.
Zwróć uwagę, że w biologii „oddychanie” nie oznacza czynności „wdechu i wydechu” – tak jak rozumiemy oddychanie potocznie. Co więcej, „oddychanie” w ogóle może nie wiązać się z „wdechem i wydechem”. Przecież drożdże to organizmy jednokomórkowe – nie mają płuc. W biologii oddychanie to całość procesu przetwarzania pokarmu w energię. Jeśli w tym procesie organizm używa tlen, to nazywamy to oddychaniem tlenowym.
My również oddychamy tlenowo. Biolog, mówiąc, że „oddychamy tlenowo”, będzie miał na myśli procesy chemiczne zachodzące w komórkach naszego ciała, do których krew dostarcza zarówno substancje odżywcze (cukier – glukozę) jak i tlen. Nasze komórki otrzymują tlen podobnie jak drożdże – tlen przenika do ich wnętrza przez błonę komórkową.
Oddychając tlenowo drożdże przerabiają cukier, a produktami tej przemiany są właśnie dwutlenek węgla i …woda.
To skąd alkohol?
Jeśli drożdże nie mają dostępu do tlenu, z łatwością przełączają się na inny proces wytwarzania energii, który nazywamy fermentacją. Drożdżom brakuje tlenu, aby do końca „spalić” cukier do dwutlenku węgla i wody. Drożdże przerabiają więc cukier, a produktami tej przemiany są dwutlenek węgla i – zamiast wody - alkohol (który chemicy nazywają alkoholem etylowym lub po prostu etanolem).
Alkohol zawiera jeszcze mnóstwo niewykorzystanej energii. Łatwo się o tym przekonać – prawie czysty alkohol (na przykład spirytus czy denaturat) można na powietrzu podpalić i (właśnie łącząc się z tlenem z powietrza) będzie wydzielał dużo ciepła. Wody nie dałoby się już podpalić.
Bez tlenu drożdże nie potrafią więc uzyskać z cukru tak dużo energii jak to jest możliwe z tlenem – dużo z tej energii pozostaje w wydzielanym przez nie alkoholu. Fermentacja jest gorszym sposobem wytwarzania energii, ale pozwala drożdżom przeżyć w niesprzyjających beztlenowych warunkach.
A co z alkoholem w szklance bez oleju?
Po dwóch dniach być może wyczułeś ze szklanki bez oleju również lekki zapach alkoholu. Był on znacznie słabszy, niż ze szklanki z olejem, ale w ogóle skąd tam się wziął jakikolwiek alkohol? Otóż żeby drożdże w ogóle nie wytworzyły alkoholu, trzeba byłoby dostarczać im cały czas dużo tlenu – na przykład intensywnie mieszając zawartość szklanki. Jak przypuszczamy, raczej jej cały czas nie mieszałeś przez dwa dni… W takim przypadku część drożdży – szczególnie te na dnie szklanki, mogła nie otrzymać odpowiedniej ilości tlenu i przełączała się na proces fermentacji. Fermentacji było jednak zdecydowanie mniej niż w szklance z olejem, który w ogóle odcinał drożdżom dostęp do powietrza.
A czy my również potrafimy żyć bez tlenu?
Nie potrafimy tego robić tak skutecznie jak drożdże. Nie możemy obyć się całkowicie bez tlenu, a szczególnie nie może bez niego działać nasz mózg. Nawet chwilowe niedotlenienie mózgu powoduje utratę przytomności i może skończyć się jego poważnymi uszkodzeniami a następnie bardzo szybko doprowadzić do śmierci.
Nasze mięśnie nie są już tak wrażliwe na brak tlenu i potrafią przez pewien czas obyć się bez niego. Przy intensywnym wysiłku (na przykład szybkim i długim biegu), mimo że nasz oddech przyspiesza, to i tak krew nie nadąża dostarczać mięśniom wystarczającej ilości tlenu. Przełączają się one wtedy na fermentację – podobnie jak drożdże. Zamiast alkoholu powstaje w naszych mięśniach jednak inna substancja (również jak alkohol wciąż zawierająca dużo niewykorzystanej energii) – zwana przez chemików kwasem mlekowym. To z powodu jej nagromadzenia w mięśniach, potem na drugi czy trzeci dzień po wysiłku bolą nas mięśnie – mamy zakwasy.
****
Więcej o oddychaniu tlenowym i fermentacji możesz przeczytać tu: https://zpe.gov.pl/a/oddychanie/D19HASpRV
lub obejrzeć np. tu: https://pistacja.tv/film/bio00011-oddychanie-tlenowe-i-beztlenowe