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6.10.4: Sauerstoff - Biologie

6.10.4: Sauerstoff - Biologie


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Der Sauerstoffbedarf variiert zwischen den Mikroorganismen.

LERNZIELE

Identifizieren Sie die Rolle von Sauerstoff beim mikrobiellen Wachstum

Wichtige Punkte

  • Ein aerober Organismus oder Aerobier ist ein Organismus, der in einer sauerstoffreichen Umgebung überleben und wachsen kann.
  • Ein anaerober Organismus oder Anaerobier ist jeder Organismus, der zum Wachstum keinen Sauerstoff benötigt.
  • Die normale mikrobielle Kultivierung erfolgt in einer aeroben Umgebung, was bei der Kultivierung von Anaerobiern ein Problem darstellt; erfordert, dass eine von mehreren Techniken verwendet wird, um Sauerstoff aus der Kultivierungsanordnung herauszuhalten.

Schlüsselbegriffe

  • anaerob: Ohne Sauerstoff; insbesondere einer Umgebung oder eines Organismus.
  • aerobe Atmung: Stoffwechselreaktionen und -prozesse, die in den Zellen von Organismen ablaufen und Sauerstoff benötigen, um biochemische Energie aus Nährstoffen in Adenosintriphosphat (ATP) umzuwandeln
  • Aerobic: Lebt oder tritt nur in Gegenwart von Sauerstoff auf.
  • aerotolerant anaerob: ein Organismus, der keinen Sauerstoff benötigt, um seine Stoffwechselprozesse aufrechtzuerhalten, aber in der Lage ist, in Gegenwart von Sauerstoff zu überleben

Ein aerober Organismus oder Aerobier ist ein Organismus, der in einer sauerstoffreichen Umgebung überleben und wachsen kann. Es gibt mehrere Varietis von Aeroben. Obligate Aerobier benötigen Sauerstoff für die aerobe Zellatmung. In einem Prozess, der als Zellatmung bekannt ist, oxidieren diese Organismen mit Sauerstoff Substrate (zB Zucker und Fette), um Energie zu gewinnen. Fakultative Anaerobier können Sauerstoff verwenden, haben aber auch anaerobe (d. h. keinen Sauerstoff benötigende) Methoden der Energieerzeugung. Mikroaerophile sind Organismen, die Sauerstoff verwenden können, jedoch nur in geringen Konzentrationen. Aerotolerante Organismen können in Gegenwart von Sauerstoff überleben, sind jedoch anaerob, da sie ihn nicht als terminalen Elektronenakzeptor verwenden.

Ein anaerober Organismus oder Anaerobier ist jeder Organismus, der zum Wachstum keinen Sauerstoff benötigt. Es könnte möglicherweise negativ reagieren und kann sogar sterben, wenn Sauerstoff vorhanden ist. Aus praktischen Gründen gibt es drei Kategorien: obligate Anaerobier, die Sauerstoff nicht zum Wachstum nutzen können und dadurch sogar geschädigt werden. Aerotolerante Organismen, die Sauerstoff nicht zum Wachstum verwenden können, aber dessen Anwesenheit tolerieren. Und schließlich fakultative Anaerobier, die ohne Sauerstoff wachsen können, aber Sauerstoff verwerten können, wenn er vorhanden ist.

Da die normale mikrobielle Kultivierung in atmosphärischer Luft stattfindet, die eine aerobe Umgebung ist, stellt die Kultivierung von Anaerobiern ein Problem dar. Daher werden von Mikrobiologen bei der Kultivierung anaerober Organismen eine Reihe von Techniken angewendet, beispielsweise der Umgang mit den Bakterien in einer mit Stickstoff gefüllten Glovebox oder die Verwendung anderer speziell verschlossener Behälter.

Das GasPak-System ist ein isolierter Behälter, der durch die Reaktion von Wasser mit Natriumborhydrid und Natriumbicarbonattabletten eine anaerobe Umgebung erreicht, um Wasserstoffgas und Kohlendioxid zu produzieren. Wasserstoff reagiert dann mit Sauerstoffgas auf einem Palladiumkatalysator, um mehr Wasser zu produzieren, wodurch Sauerstoffgas entfernt wird.


Ein Leitfaden für Hausbesitzer zu Düngemitteln

Dieses Etikett, das als Düngemittelqualität bekannt ist, ist ein nationaler Standard.

Ein Sack 10-10-10 Dünger enthält 10 Prozent Stickstoff, 10 Prozent Phosphat und 10 Prozent Kali. Düngemittelqualitäten werden hergestellt, indem zwei oder mehr Nährstoffquellen miteinander vermischt werden, um eine Mischung zu bilden, weshalb sie als "Mischdünger" bezeichnet werden. Mischungen enthalten Partikel von mehr als einer Farbe. Die Hersteller produzieren für die vielen Pflanzenarten unterschiedliche Qualitäten.

Sie können auch Düngemittel erhalten, die nur einen der Hauptnährstoffe enthalten. Stickstoffquellen umfassen Ammoniumnitrat (33.5-0-0), Harnstoffstickstoff (46-0-0), Natriumnitrat (16-0-0) und Flüssigstickstoff (30-0-0). Phosphor wird als 0-46-0 und Kali als 0-0-60 oder 0-0-50 bereitgestellt.
Berechnung des Nährstoffgehalts Um die Pfunde Stickstoff in einem 50-Pfund-Sack mit 10-10-10 Dünger zu berechnen, multiplizieren Sie 50 mit 0,10. Gehen Sie bei der Berechnung der Phosphat- und Kalimengen genauso vor. Ein 50-Pfund-Beutel mit 10-10-10 enthält insgesamt 15 Pfund Nährstoffe: 5 Pfund Stickstoff, 5 Pfund Phosphat und 5 Pfund Pottasche. Das verbleibende Gewicht ist Füllstoff, normalerweise Sand oder körniger Kalkstein.

    50 Pfund Beutel mit 8-0-24 Dünger
  1. Um die Pfunde Stickstoff zu berechnen: Multiplizieren Sie 50 mit 0,08, was 4 ergibt.
  2. Um die Pfunde Phosphat zu berechnen: In diesem Düngerbeutel befindet sich kein Phosphat.
  3. Um die Pfunde Kali zu berechnen: Multiplizieren Sie 50 mit 0,24, was 12 ergibt.


PRÜFUNG 2 BIOLOGIE

(Auswahl B)
B
Lichtenergie wird von Chloroplasten eingefangen.

(Auswahl C)
C
Es ist die erste Stufe der Photosynthese.

(Auswahl A)
EIN
Es handelt sich um eine katabole Reaktion.

(Auswahl B)
B
Es ist eine anabole Reaktion.

(Auswahl C)
C
Es ist eine photosynthetische Reaktion.

(Auswahl B)
B
Von Gebieten mit geringer Konzentration zu Gebieten mit hoher Konzentration

(Auswahl C)
C
Von Gebieten mit hoher Konzentration zu Gebieten mit geringer Konzentration

(Auswahl A)
EIN
Chloroplast-Thylakoidmembran

(Auswahl B)
B
Chloroplastenstroma

(Auswahl C)
C
Außenmembran aus Chloroplast

(Auswahl A)
EIN
Es wird als Reaktant verwendet, um das Produkt zu bilden.

(Auswahl B)
B
Es liefert das Substrat, das für die Reaktion benötigt wird.

(Auswahl C)
C
Es erhöht die Aktivierungsenergie, so dass eine Reaktion ablaufen kann.

(Auswahl A)
EIN
Es findet keine Glykolyse statt und es bildet sich kein Pyruvat, wodurch die Hefezelle eine Alkoholgärung durchläuft.

(Auswahl B)
B
Die Glykolyse findet weiterhin statt, aber es bildet sich kein Pyruvat, wodurch die Hefezelle eine Alkoholgärung durchläuft.

(Auswahl C)
C
Es findet weiterhin eine Glykolyse statt, es bildet sich immer noch Pyruvat, wodurch die Hefezelle eine Milchsäuregärung durchläuft.


So bestimmen Sie die Elektronenkonfiguration

Um zu den Elektronenkonfigurationen von Atomen zu gelangen, müssen Sie die Reihenfolge kennen, in der die verschiedenen Unterebenen gefüllt sind. Elektronen treten in der Reihenfolge ihrer zunehmenden Energie in verfügbare Unterniveaus ein. Eine Unterebene wird gefüllt oder halb gefüllt, bevor die nächste Unterebene betreten wird.

Zum Beispiel die S Unterebene kann nur zwei Elektronen aufnehmen, daher ist die 1S ist mit Helium gefüllt (1S 2). Die P Unterebene kann sechs Elektronen aufnehmen, die D Unterebene kann 10 Elektronen aufnehmen, und die F Unterebene kann 14 Elektronen aufnehmen. Die übliche Kurzschreibweise bezieht sich auf den Edelgaskern, anstatt die gesamte Konfiguration auszuschreiben. Zum Beispiel könnte die Konfiguration von Magnesium [Ne]3s 2 geschrieben werden, anstatt 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 auszuschreiben.


Wie viel Sauerstoff kommt aus dem Meer?

Die Oberflächenschicht des Ozeans wimmelt von photosynthetischem Plankton. Obwohl sie für das bloße Auge unsichtbar sind, produzieren sie mehr Sauerstoff als die größten Mammutbäume.

Wissenschaftler schätzen, dass 50-80% der Sauerstoffproduktion auf der Erde aus dem Ozean stammt. Der Großteil dieser Produktion stammt aus ozeanischem Plankton – treibende Pflanzen, Algen und einige Bakterien, die Photosynthese betreiben können. Eine besondere Art, Prochlorococcus, ist der kleinste photosynthetische Organismus der Erde. Aber dieses kleine Bakterium produziert bis zu 20 % des Sauerstoffs in unserer gesamten Biosphäre. Das ist ein höherer Prozentsatz als alle tropischen Regenwälder an Land zusammen.

Den genauen Anteil des im Ozean produzierten Sauerstoffs zu berechnen ist schwierig, da sich die Mengen ständig ändern. Wissenschaftler können Satellitenbilder verwenden, um photosynthetisches Plankton zu verfolgen und die Menge der im Ozean stattfindenden Photosynthese abzuschätzen, aber Satellitenbilder können nicht die ganze Geschichte erzählen. Die Planktonmenge ändert sich saisonal und als Reaktion auf Änderungen der Nährstoffbelastung des Wassers, der Temperatur und anderer Faktoren. Studien haben gezeigt, dass die Sauerstoffmenge an bestimmten Orten mit der Tageszeit und den Gezeiten variiert.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass der Ozean zwar mindestens 50% des Sauerstoffs auf der Erde produziert, aber ungefähr die gleiche Menge von Meereslebewesen verbraucht wird. Wie Tiere an Land verwenden Meerestiere Sauerstoff zum Atmen, und sowohl Pflanzen als auch Tiere verwenden Sauerstoff zur Zellatmung. Sauerstoff wird auch verbraucht, wenn tote Pflanzen und Tiere im Meer verrotten.

Dies ist besonders problematisch, wenn Algenblüten absterben und der Zersetzungsprozess Sauerstoff schneller verbraucht, als er wieder aufgefüllt werden kann. Dies kann zu Bereichen mit extrem niedriger Sauerstoffkonzentration oder Hypoxie führen. Diese Gebiete werden oft als tote Zonen bezeichnet, da der Sauerstoffgehalt zu niedrig ist, um die meisten Meereslebewesen zu ernähren. Die National Centers for Coastal Ocean Science der NOAA führen umfangreiche Forschungen und Vorhersagen zu Algenblüten und Hypoxie durch, um den Schaden für das Ozeanökosystem und die menschliche Umwelt zu verringern.


Methoden

Zellkultur

Humane Nabelschnurvenen-Endothelzellen (HUVECs) (Passage 2–4) wurden in Endothel-Wachstumsmedium (Promocell GmbH, Heidelberg, Deutschland) kultiviert, das mit 2% fötalem Kälberserum (FCS), 0,004 ml/ml Endothelzell-Wachstumssupplement/Heparin ergänzt war, 0,1 ng/ml epidermaler Wachstumsfaktor (EGF), 1 ng/ml basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor und 1 mg/ml Hydrocortison bei 37 °C mit 5 % CO2. Die Zellen wurden in einem 75-cm2-Kolben kultiviert, um die Zellzahl zu erhöhen. Nach Erreichen der Konfluenz wurden die Zellen in (a) 6-Well-Kulturplatten mit einer Dichte von 3,5 × 10 3 Zellen/cm 2 für ROS-Experimente (b) und in Miniplatten mit 3.500 Zellen pro Well für Seahorse XFp Analyzer (Agilent® Technologien, Santa Clara, CA).

ROS-Messungen

Mobilfunk-H2Ö2 Die Produktion wurde mit dem Meerrettich-Peroxidase-gekoppelten Amplex Ultra Red (HRP-AUR) fluorometrischen Assay (Invitrogen) gemessen. Nachdem die Zellen ausgesät worden waren, wurden sie für die Dauer des Experiments SMF ± RF-Magnetfeldern ausgesetzt, wobei die zuvor beschriebene PYDMR-Vorrichtung verwendet wurde 21 . An Tag 3 wurde das Medium abgesaugt und die Zellen mit Hank’s Buffer (HB) mit 100 μM Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) gewaschen und 1 h mit HB mit 10 μM AUR und 0,2 Einheiten/ml HRP inkubiert. Die Resorufin-Fluoreszenz wurde auf einem Gemini-Fluoreszenz-Mikroplatten-Lesegerät (Molecular Devices, Sunnyvale, CA) gesammelt.

Um die intrazelluläre Produktion von O . zu messen2 •− , HUVECs wurden 30 min bei 37 °C in HB mit 50 μM Dihydroethidium (DHE) an Tag 3 inkubiert. Die Zellen wurden zweimal in HB mit 100 μM DTPA gewaschen und in 300 μL Methanol geerntet. Die Proben wurden 15 min bei 12.000 U/min bei 4 °C abzentrifugiert, der Überstand wurde gesammelt und 5–6 h bei 37 °C getrocknet und vor der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie 7–10 Tage bei −20 °C gelagert ( HPLC)-Analyse. Für die DHE-Produkttrennung wurde eine HPLC der Agilent 1100-Serie mit einem G1321A-Fluoreszenzdetektor verwendet. Die Analyten wurden unter Verwendung einer C-18-Umkehrphasensäule (Nucleosil 250 bis 4,5 mm) wie zuvor beschrieben 33 getrennt. Die Gesamtfluoreszenzintensität des 2-Hydroxyethidium-Peaks wurde für alle Wells gemittelt und dann für drei separate Experimente gemittelt.

Proteingehalt, HPLC-Analyse und Resorufin-Fluoreszenz wurden an den gleichen Endpunkten gemessen. h2Ö2 und O2 •− Messungen wurden auf die Gesamtproteinkonzentration (BCA, Pierce) normalisiert. h2Ö2 Kalibrierungskurven mit HRP-AUR unter den gleichen HF-Magnetfeldstärken zeigten keine Unterschiede im Vergleich zu SMF-Kontrollen, was zeigt, dass HF-Felder nicht mit dem H . interagieren2Ö2 Nachweis-Assay.

Zelluläre Bioenergetik

Für die bioenergetischen Messungen wurde ein XFp Analyzer von Seahorse Bioscience verwendet. HUVECs wurden mit 4.000 Zellen pro Vertiefung in XFp-Miniplatten ausgesät und 2 Tage lang HF-Magnetfeldern ausgesetzt. Der MitoStress Test Assay wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt 24,25 . Der XFp-Analysator maß mitochondriale Atmung und Glykolyse in vitro 34,35 in den gleichen Stichproben. Die mitochondriale Atmung wurde durch die Sauerstoffverbrauchsrate (OCR) in der Zellkultur bestimmt. Die Glykolyse wurde anhand der extrazellulären Acidifizierungsrate (ECAR) bestimmt. Um den Anteil der an die ATP-Synthese gekoppelten OCR abzuschätzen, wurde Oligomycin (1 &mgr;g/ml) nach 21 Minuten in alle Proben injiziert, um die ATP-Synthase zu hemmen. Typischerweise nimmt die OCR-Rate als Reaktion auf Oligomycin um das Ausmaß ab, in dem die Zellen Mitochondrien verwenden, um ATP zu erzeugen. Die verbleibende OCR kann sowohl dem Protonenleck durch die Mitochondrienmembran als auch dem Sauerstoffverbrauch durch andere Prozesse als die Reduktion an der Cytochrom-c-Oxidase zugeschrieben werden. Um die maximale OCR zu bestimmen, die die Zellen aufrechterhalten können, wurde der Protonen-Ionophor (Entkoppler) FCCP (1 &mgr;M) nach 41 Minuten injiziert. Schließlich wird Antimycin A (10 μM) nach 61 Minuten injiziert, um den Elektronenfluss durch Komplex III zu hemmen, was die OCR dramatisch unterdrückt. Übrig bleibt die OCR, die auf O . zurückzuführen ist2 Verbrauch aufgrund der Bildung von mitochondrialen ROS und nicht-mitochondrialen Quellen.


Wenn Sie die Konzentration einer Säurelösung in Molarität kennen, können Sie eine Formel verwenden, um die Konzentration von Hydroniumionen zu berechnen.

Die stöchiometrischen Koeffizienten in den Gleichungen (die Zahlen vor jedem Molekül in der Gleichung) bestimmen das Ergebnis der Berechnungen.

Beispiel 3: Eine 2,0 l Lösung von 0,5 M Salzsäure (HCl).

Schreiben Sie zuerst die chemische Gleichung für die Dissoziation der Säure.

Berechnen Sie zweitens die Konzentration der Hydroniumionen.

Bei Salzsäure ist die stöchiometrische Koeffizienten der Säure und des Hydronium-Ions sind beide einer. Sie sind gleich, was die Sache sehr einfach macht. Die Konzentration an Hydroniumionen ist gleich der Konzentration an Salzsäure.

Beispiel 4: Eine 2,0 L Lösung von 0,5 M Schwefelsäure (H2SO4).

Die Koeffizient des Säure ist einer und der Koeffizient der Hydronium-Ionen ist zwei. Die Konzentration der Hydroniumionen ist doppelt so hoch wie die der Säure.


Schau das Video: Historisches Chemielabor: Darstellung von Sauerstoff. Auf ähnlichen Spuren wie Scheele und Priestley (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Burhan

    Es ist mir nicht klar.

  2. Jem

    Bravo, du hast einen wunderbaren Gedanken

  3. Dar-Al-Baida

    alles ist möglich

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    Ich nehme es gerne an.Das Thema ist interessant, ich werde an der Diskussion teilnehmen. Zusammen können wir zur richtigen Antwort kommen. Ich bin sicher.



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