Hvad er respiration?

Udtrykket "respiration" henviser til to separate processer, som begge forekommer i levende ting og er relateret til energiproduktion. Den ene er fysiologisk åndedræt, den proces, hvormed en organisme indtager ilt og udskiller kuldioxid. Den anden er cellulær respiration, en række biokemiske reaktioner, der tillader en celle at generere energi.

Fysiologisk respiration

Der er fire stadier i denne proces hos mennesker og andre pattedyr, og de kortlægger fremskridt med ilt fra inhalation i lungerne til absorption af indre organer og andre væv. Det dækker også udånding af kuldioxid.

Ventilation

Den første fase er ventilation, hvor luft bevæger sig ind og ud af lungerne i lungerne. Dette er fibrøse kollagenstrukturer, der ekspanderer under inhalation for at optage den maksimale mængde ilt; ved udånding trækkes de sammen og frigiver kuldioxid. Alveoli findes kun i pattedyrs lunger; lignende strukturer findes imidlertid i andre hvirveldyr, såsom krybdyr og fugle.

Lungegasudveksling

I dette trin kommer ilt fra alveolerne ind i kredsløbet gennem lungekapillærerne. Alveolerne og lungekapillærerne adskilles af en barriere, der kun er to celler tykke; en gang på tværs af denne barriere bindes iltmolekyler til hæmoglobinet, et specielt protein, i røde blodlegemer.

Gastransport

Gastransport begynder i lungekapillærerne. I dette trin bevæger ilt bundet til hæmoglobin gennem blodkarene i kredsløbssystemet og til sidst trænger ind kapillærer i hele kroppen. Kapillærer foder organer, kirtler og andre væv, som har behov for en konstant tilførsel af ilt for at fungere.

Perifer gasudveksling

Det sidste trin er perifer gasudveksling, hvor ilt bevæger sig fra kapillærerne ind i celler. Dette sker på samme måde som den måde, gasser diffunderer mellem alveoli og lungekapillærer i lungerne. Affaldsgasser, såsom carbondioxid, der udskilles af celler, kommer ind i kapillærerne og bevæger sig gennem kredsløbssystemet til lungerne, hvor de frigøres under udånding.

Andre fysiologiske systemer

Respiration er ikke eksklusiv for organismer med lunger. For eksempel forekommer det i de fleste fiskearter i gæller, der giver dyrene mulighed for at udvinde ilt fra vandet. Hos amfibier forekommer mest gasudveksling på tværs af huden; lungerne giver et middel til at kontrollere kroppens iltniveauer ved at fungere som en sekundær kilde til ilt. Planter producerer ilt via fotosyntesen og tager mere ind gennem diffusion over deres blade. Uanset den fysiske proces indtager alle disse organismer ilt og udskiller kuldioxid, ligesom pattedyr gør.

Cellulær respiration

Det ilt, der bringes til vævene via fysiologisk åndedræt, anvendes i alle celler til den biokemiske proces med cellulær respiration. Denne proces, der også kaldes oxidativ metabolisme, er et sæt kemiske reaktioner, mange involverende ilt, der tillader kroppen at omdanne visse molekyler til brugbar energi. I dyre- og planteceller forekommer reaktionerne, der omdanner næringsstoffer til et energirigt molekyle kaldet adenosintrifosfat (ATP).

Oxygen er nødvendig til cellulær respiration, fordi mange oxidationsreduktionsreaktioner, også kaldet redoxreaktioner, forekommer gennem respirationsprocessen. Denne gas er et kraftfuldt oxidationsmiddel, hvilket betyder, at det ved kemiske reaktioner let kan give sine tilgængelige elektroner. Dette gør det meget nyttigt i reaktioner.

Reaktionerne, der opstår, kaldes også kataboliske, fordi de bryder store næringsmolekyler i mindre. Disse molekyler er sukkerarter, der stammer fra kulhydrater; fedtsyrer fra diætfedt; og aminosyrer, afledt af protein. Elektroner frigives, når næringsstofferne nedbrydes, og elektronerne bruges i reaktioner, der producerer ATP. Dette energirige molekyle bruges derefter i celler til at styrke næsten alle reaktioner, der forekommer i dem.

Anaerob cellulær respiration

Hos dyr og planter såvel som mange bakteriearter er den type cellulær respiration, der forekommer aerob, hvilket ganske enkelt betyder, at den bruger ilt. I nogle bakteriearter er respiration anaerob, hvilket betyder, at den ikke bruger ilt. I stedet bruger disse organismer molekyler såsom nitrat eller svovl som erstatning. Nogle har endda udviklet sig til det punkt, hvor de kun kan leve i iltfrie miljøer.