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 : "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 : "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 :

• Blé : plantule / feuille 5 jours / feuille 13 jours => 65, 22 et 8 µmol O₂ / h / g poids frais, respectivement.
• Homme : repos & course => 10 et 100 µmol O₂ / h / g poids frais, respectivement.

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 : "Experimental Biosciences"

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.