Laboratório virtual de respirômetro: ervilhas em germinação

Este laboratório virtual de respirômetro segue a investigação de respiração celular do AP Biology. Três tubos ficam em banho-maria: ervilhas em germinação, ervilhas secas mais contas de vidro, e só contas de vidro. Os alunos leem a gota colorida em cada capilar a cada 5 minutos e corrigem as leituras com o tubo de contas. Eles fazem o gráfico do O₂ consumido em função do tempo e obtêm a taxa pela inclinação. Depois repetem o ensaio em outras temperaturas e calculam o Q₁₀. Ensaios que ocupam uma aula inteira no laboratório levam segundos aqui, e ninguém manipula KOH. Todos os números abaixo foram lidos na simulação.

Alinhamento com o currículo

• AP Biology: Unidade 3 (Cellular Energetics), tópico 3.6, sobre respiração celular (ENE-1), e a investigação de respiração celular do AP, que compara ervilhas em germinação e não germinadas em duas temperaturas.
• NGSS (padrão dos EUA): HS-LS1-7, a respiração celular como um processo químico que quebra as ligações das moléculas dos alimentos e forma novos compostos, liberando energia.
• O Simulic não é afiliado ao College Board nem à AQA, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Pergunte: "A temperatura do banho-maria sobe de 15 °C para 25 °C. Como a taxa de consumo de O₂ das ervilhas em germinação vai mudar?" Os alunos escolhem: mais ou menos o dobro, mais ou menos igual, mais ou menos a metade, ou cerca de dez vezes mais rápida. Eles escrevem um motivo. Num link de turma, esta é a pergunta 1; a simulação é liberada depois que eles respondem.

Método na simulação

A simulação mede a taxa em mL de O₂ por minuto e em µL por grama por minuto. Use a taxa por grama para comparar ensaios com números diferentes de sementes.

1. Mantenha os valores iniciais: Ervilha, 25 sementes por tubo, 25 °C, 30 min, KOH, Equilibrar 10 min, pinça aberta. Ajuste Velocidade: 5 min por segundo e clique em Iniciar.
2. Durante o ensaio, toque num tubo para ampliar a escala dele. A cada 5 minutos, copie da tabela as leituras, o Δ e os valores corrigidos.
3. No fim, registre as taxas do tubo 1 e do tubo 2 na tabela Ensaios.
4. Mude só a temperatura e clique em Repetir, a 20, 15 e 10 °C. Para 30 °C e 35 °C, ajuste Sementes por tubo em 10. Com 25 sementes, a gota é puxada para dentro do tubo antes dos 30 minutos.
5. Leia a linha do Q₁₀ abaixo da tabela Ensaios. Ela compara o ensaio mais recente com um anterior que esteja a pelo menos 5 °C de distância.
6. A 25 °C, faça um ensaio com Sem KOH (com água) e depois um com Fechar e medir já.

Temperatura (°C)	Sementes	Taxa do tubo 1 (mL/min)	Taxa do tubo 1 (µL/g/min)	Taxa do tubo 2 (mL/min)
10	25
15	25
20	25
25	25
30	10
35	10

Resultados esperados

A taxa varia alguns por cento entre ensaios, por isso os valores abaixo são faixas. As faixas vêm de 20.000 execuções do modelo da simulação e foram conferidas no navegador.

• 25 °C, 25 ervilhas: o tubo 1 consome 0,019–0,021 mL/min, ou seja, 1,49–1,70 µL/g/min. O consumo corrigido depois de 30 minutos fica em torno de 0,56–0,64 mL. Um ensaio no navegador deu 0,0204 mL/min (1,63 µL/g/min).
• Taxas em outras temperaturas: cerca de 0,59 µL/g/min a 10 °C, 0,81 a 15 °C, 1,14 a 20 °C, 2,2 a 30 °C e 3,1 a 35 °C (30 e 35 °C com 10 sementes).
• Q₁₀: com ensaios a 15 e 25 °C, entre 1,73 e 2,21. O ensaio no navegador a 15 °C deu 0,83 µL/g/min, então Q₁₀ = 1,63 ÷ 0,83 = 1,97.
• Ervilhas secas (tubo 2): entre −0,0003 e 0,0005 mL/min, perto de zero.
• Sem KOH: o tubo 1 cai para entre −0,0004 e 0,0003 mL/min. As sementes continuam respirando, mas liberam tanto CO₂ quanto o O₂ que consomem.
• Sem equilíbrio a 25 °C: o gás esquenta e se expande. Na maioria dos ensaios, as gotas dos tubos 2 e 3 são empurradas para fora do capilar nos primeiros 5 minutos. A 15 °C o gás esfria, e as gotas são puxadas para dentro dos tubos.

Perguntas para os alunos

1. Previsão: de 15 °C para 25 °C, como a taxa de consumo de O₂ das ervilhas em germinação vai mudar?
2. O tubo 3 contém só contas de vidro. Para que ele serve?
3. Faça um ensaio com 25 ervilhas a 25 °C por 30 min, com KOH. Qual é a taxa do tubo 1 em µL/g/min?
4. Repita a 15 °C. Calcule o Q₁₀ com as duas taxas.
5. Retire o KOH e faça um ensaio a 25 °C. Explique por que a gota quase não se move, mesmo com as sementes respirando.

Respostas para o professor:

1. Ela mais ou menos dobra.
2. Ele registra as variações de volume de gás causadas só pela temperatura e pela pressão do ar. Elas são subtraídas dos tubos 1 e 2.
3. Aceite 1,45–1,75 µL/g/min.
4. Aceite 1,65–2,30; a maioria dos ensaios dá cerca de 1,9–2,0.
5. O KOH absorve o CO₂. Sem ele, o CO₂ liberado substitui o O₂ consumido: o QR é cerca de 1 para o amido. O volume de gás fica igual.

Erros conceituais comuns

• "Sementes secas estão mortas." Elas estão vivas, mas dormentes. A taxa delas é cerca de 1,5 % da taxa das sementes em germinação, o que a simulação mostra como quase zero.
• "A gota se move porque as sementes liberam gás." Com KOH, a gota se move em direção ao tubo porque o O₂ é consumido e o CO₂ é absorvido.
• "O tubo de contas não é necessário num banho-maria." Pequenas derivas de temperatura e de pressão ainda movem todas as gotas. O tubo 3 as mede.
• "Q₁₀ igual a 2 quer dizer que a taxa dobra a cada grau." Ela dobra a cada aumento de 10 °C.

Extensão

• QR. Faça um ensaio a 25 °C com KOH e depois sem KOH. A simulação calcula o quociente respiratório com os dois ensaios.
• Ervilha ou milho. Compare os µL/g/min da ervilha e do milho a 25 °C. Pergunte por que são necessárias taxas por grama quando as sementes têm tamanhos diferentes.

Perguntas frequentes

Por que usar µL/g/min e não mL/min?

O valor em mL/min depende de quantas sementes há no tubo. Dividir pela massa das sementes dá a mesma taxa para 10 ou 25 sementes, então ensaios com números diferentes podem ser comparados.

Por que a minha taxa é diferente da do meu colega?

A simulação acrescenta alguns por cento de variação natural entre lotes de sementes, além de pequenas derivas de temperatura e de pressão. É por isso que as perguntas aceitam uma faixa.

Posso fixar as configurações para a minha turma?

Sim. Na página Compartilhar, crie um link e defina as sementes, o número, a temperatura, a duração, o KOH e o equilíbrio nos valores iniciais.

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