Oxygraphe à électrode à oxygène

Intensité et quotient respiratoire

1. Enregistrements avec un oxygraphe à électrode à dioxygène

Un oxygraphe utilise une électrode à oxygène couplée à un dispositif électronique de mesure.

L'électrode à oxygène est constituée d'une cathode en platine et d'une anode en argent reliées par une solution de KCl conductrice. Le tout est séparé du milieu à étudier par une membrane en téflon.

Cette membrane est imperméable à l'eau et aux ions (concentration constante du KCl), mais perméable à l'oxygène dissous dans le milieu.

Source figure : "La photosynthèse par les expériences" - Groupe multimédia Université Jussieu - Paris

L'électrode est soumise à une tension de 0,6 - 0,7 V. Dans ces conditions, l'oxygène est réduit en eau par les électrons issus de la cathode :

O2 + 2 e- + 2 H+ ---> H2O2

H2O2 + 2 e- + 2 H+ ---> 2 H2O

4 H2O <===> 4 H+ + 4 OH-

La solution de KCl entièrement dissociée (K+ + Cl-) permet à l'argent de l'anode de donner 4 électrons : 4 Ag ---> 4 Ag+ + 4 e-

 

  • le courant produit est proportionnel à la concentration en oxygène de la solution de KCl.
  • cette concentration est en équilibre avec celle de l'oxygène dissous dans le milieu.
  • uu bout d'un temps de latence, le courant est proportionnel, à la concentration en oxygène du milieu.

Un système électronique transforme le courant produit en une tension proportionnelle à la concentration en dioxygène du milieu qui l'entoure.

Source figure : "Hansatech Instruments"

 

2. Intensité respiratoire (IR) et quotient respiratoire (QR)

L'intensité respiratoire est la quantité (µmol, nmol, ...) d'oxygène consommé (ou de CO2 dégagé) par unité de tamps et de matière biologique (masse, nombre, surface, ...)

Exemple d'unité : nmol O2 / min / mg protéine

L'IR reflète l'activité métabolique des cellules.

Elle varie selon les tissus et le stade de développement.
IR
µmol O2 / h / g poids frais
Blé : plantule
65
Blé : feuille 5 jours
22
Blé : feuille 13 jours
8
Homme : repos
10
Homme : course
100

 

Une solution tamponnée de mitochondries en respiration (en équilibre avec l'air ambiant) contient 0.237 µmoles O2 / ml à 25 °C.

Si l'on connaît le volume de milieu dans la chambre de l'électrode à oxygène, on peut calculer la quantité totale d'oxygène.

Source figure : "Experimental Biosciences"

  

A partir des enregistrements, on peut calculer l'IR.

Source figure : D. Macherel - UMR PMS 1191 - Angers

 
Voir des exercices d'application de ces notions

Le quotient respiratoire est le rapport [ CO2 dégagé / O2 absorbé ].

Exemple des glucides : C6H12O6 + 6 O2 ---> 6 CO2 + 6 H2O d'où : QR = [ 6 / 6 ] = 1

Chez les végétaux, il faut tenir compte du fonctionnement de la photosynthèse quand on mesure les échanges gazeux.
hexoses
1
acides gras
0,7
protéines
0,8