Respiración muscular
Respiración muscular
Poner en evidencia la respiración celular a nivel de las células musculares midiendo los intercambios gaseosos de un trozo de carne de vacuno en un recinto cerrado.
Los seres vivos mantienen un orden interno gracias a reacciones químicas interconectadas que forman el metabolismo. En el centro de este metabolismo se encuentra la respiración celular, proceso por el cual las células producen ATP, la molécula energética esencial para todas las funciones vitales. En esta actividad, vas a poner en evidencia la respiración celular en células musculares de carne de vacuno, midiendo los intercambios gaseosos en un recinto cerrado.
Learning objectives:
El alumno coloca un trozo de carne de vacuno en un recinto hermético de volumen limitado, equipado con un módulo FizziQ Connect con sensores O₂ y SCD40. Registra simultáneamente la concentración de CO₂, la tasa de humedad y la concentración de O₂. Se observa un aumento de la humedad y del CO₂.
FizziQ
Autor:
Duración:
25
Lo que harán los estudiantes:
'- Poner en evidencia la respiración celular en células animales (musculares)
- Medir la evolución simultánea del CO₂, del O₂ y de la humedad en un recinto cerrado
- Interpretar los intercambios gaseosos en relación con el balance de la respiración celular
- Comprender que la respiración celular es un proceso continuo en las células vivas
Conceptos científicos:
'- Respiración celular aerobia
- Glucólisis
- Ciclo de Krebs
- Cadena respiratoria
- ATP (adenosina trifosfato)
- Metabolismo celular
- Intercambios gaseosos O₂/CO₂
- Actividad enzimática
Sensores:
'- Sensor SCD40 (concentración de CO₂ en ppm, temperatura, humedad relativa)
- Sensor O₂ (concentración de dioxígeno en %)
What is required:
'- Smartphone o tableta con FizziQ Connect
- Sensor SCD40 (CO₂, temperatura, humedad)
- Sensor O₂
- Recinto hermético de volumen limitado (caja plástica con tapa estanca o tarro)
- Carne de vacuno fresca (aproximadamente 100-200 g, comprada el mismo día)
Procedimiento experimental:
Branche les capteurs O₂ et SCD40 sur le port I2C du boîtier M5 Stack par l'intermédiaire du Hub multiports.
Ouvre FizziQ Connect sur ton smartphone ou ta tablette et connecte-toi au boîtier M5 Stack via Bluetooth.
Vérifie que les trois grandeurs sont accessibles : concentration en CO₂ (ppm), concentration en O₂ (%) et taux d'humidité (%).
Place le morceau de viande de bœuf fraîche dans l'enceinte hermétique. Positionne les capteurs dans l'enceinte de façon à ce qu'ils ne touchent pas directement la viande.
Lance l'enregistrement dans FizziQ Connect avec l'enceinte encore ouverte pendant 1 à 2 minutes pour établir les valeurs de référence à l'air ambiant.
Ferme hermétiquement l'enceinte et note le moment exact de la fermeture.
Enregistre pendant 10 à 15 minutes sans toucher au dispositif. Observe en temps réel l'évolution des trois grandeurs mesurées.
Observe les tendances : le CO₂ et l'humidité augmentent, l'O₂ diminue légèrement.
Arrête l'enregistrement. Ouvre l'enceinte pour ventiler et retire la viande.
Analyse les graphiques dans FizziQ Connect : identifie le moment de fermeture de l'enceinte et calcule les vitesses de variation du CO₂ et de l'humidité.
Resultados esperados:
Se observa un neto aumento de la tasa de humedad (de 52 % a 67 % aproximadamente) y de la concentración de CO₂ (de 4 000 ppm a más de 16 000 ppm) una vez cerrado el recinto, y de manera casi instantánea. El aumento del CO₂ es casi lineal en los primeros minutos, confirmando una velocidad de respiración constante.
Preguntas científicas:
'- ¿Por qué las células musculares siguen respirando después del sacrificio del animal?
- ¿Cómo explicar que el aumento de la humedad sea tan rápido como el del CO₂?
- ¿Qué pasaría si se prolongara el experimento durante varias horas? ¿La velocidad de producción de CO₂ permanecería constante?
- ¿Por qué la carne cocida no produce estos intercambios gaseosos?
Explicaciones científicas:
La respiración celular es el proceso por el cual las células convierten la glucosa en energía utilizable en forma de ATP (adenosina trifosfato). La ecuación-balance global se escribe: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía (36 ATP).
Ce processus se déroule en trois étapes successives. La glucólisis a lieu dans le cytoplasme : le glucose (6 carbones) est décomposé en deux molécules de pyruvate (3 carbones chacune), produisant 2 ATP.
Le ciclo de Krebs se déroule dans la matrice mitochondriale : les pyruvates sont oxydés, libérant du CO₂ et des coenzymes réduits (NADH, FADH₂), ainsi que 2 ATP supplémentaires.
La cadena respiratoria (ou phosphorylation oxydative) se produit sur la membrane interne des mitochondries : les électrons des coenzymes réduits sont transférés au dioxygène, qui est réduit en eau. C'est cette étape qui produit l'essentiel de l'ATP (32 molécules).
Les cellules musculaires sont particulièrement actives métaboliquement et contiennent un grand nombre de mitochondries. Même après abattage, les cellules ne meurent pas immédiatement et leurs mitochondries continuent de fonctionner tant que des substrats (glucose, glycogène) et de l'oxygène sont disponibles.
L'augmentation de l'humedad dans l'enceinte s'explique par deux facteurs : la production d'eau par la respiración cellulaire elle-même, et l'évaporation de l'eau contenue dans les tissus musculaires.
La concentration en CO₂ peut atteindre des valeurs très élevées (plus de 16 000 ppm) dans une enceinte de petit volume, bien au-delà de la concentration atmosphérique normale (environ 420 ppm). Cela témoigne de l'intensité de la respiration cellulaire dans les tissus musculaires frais.
Actividades de ampliación:
'- Modificar la temperatura del recinto (baño termostatado a 37°C, baño de hielo fundente a 0°C) para estudiar la influencia de la temperatura sobre la actividad enzimática
- Comparar diferentes tipos de músculos (vacuno, pollo, pescado) y sus velocidades de respiración
- Probar la influencia del estado de frescura de la carne sobre la velocidad de respiración
Preguntas frecuentes:
Q: ¿La carne debe estar cruda o cocida?
R: La carne debe estar imperativamente cruda y fresca. La cocción desnaturaliza las enzimas y destruye las mitocondrias, lo que detiene la respiración celular. Utiliza carne comprada el mismo día para resultados óptimos.
Q: ¿El CO₂ aumenta muy rápido?
R: Sí, en un recinto de volumen limitado con suficiente carne fresca, la concentración de CO₂ puede aumentar varios miles de ppm en pocos minutos.