Was ist Atmung?
Der Begriff "Atmung" bezieht sich auf zwei getrennte Prozesse, die beide in Lebewesen auftreten und mit der Energieerzeugung zusammenhängen. Eines ist die physiologische Atmung, der Prozess, durch den ein Organismus Sauerstoff aufnimmt und Kohlendioxid ausscheidet. Die zweite ist die Zellatmung, eine Reihe von biochemischen Reaktionen, die es einer Zelle ermöglichen, Energie zu erzeugen.
Physiologische Atmung
Bei Menschen und anderen Säugetieren gibt es vier Stufen, in denen der Fortschritt des Sauerstoffs vom Einatmen in die Lunge bis zur Absorption durch innere Organe und andere Gewebe aufgezeichnet wird. Es umfasst auch das Ausatmen von Kohlendioxid.
Belüftung
Die erste Phase ist die Beatmung, bei der sich Luft in die Lungenbläschen hinein und aus diesen heraus bewegt. Dies sind faserige Kollagenstrukturen, die sich beim Einatmen ausdehnen, um die maximale Menge an Sauerstoff aufzunehmen. Beim Ausatmen ziehen sie sich zusammen und setzen Kohlendioxid frei. Alveolen kommen nur in der Lunge von Säugetieren vor. Ähnliche Strukturen existieren jedoch auch bei anderen Wirbeltieren wie Reptilien und Vögeln.
Lungengasaustausch
In diesem Stadium gelangt Sauerstoff aus den Alveolen über die Lungenkapillaren in den Kreislauf. Die Alveolen und die Lungenkapillaren sind durch eine nur zwei Zellen dicke Barriere getrennt; Über diese Barriere binden sich Sauerstoffmoleküle an das Hämoglobin, ein spezielles Protein, in den roten Blutkörperchen.
Gastransport
Der Gastransport beginnt in den Lungenkapillaren. In diesem Schritt wandert an Hämoglobin gebundener Sauerstoff durch die Blutgefäße des Kreislaufsystems und gelangt schließlich in die Kapillaren im gesamten Körper. Kapillaren ernähren sich von Organen, Drüsen und anderen Geweben, die eine konstante Versorgung mit Sauerstoff benötigen, um zu funktionieren.
Peripherer Gasaustausch
Die letzte Stufe ist der periphere Gasaustausch, bei dem Sauerstoff aus den Kapillaren in die Zellen gelangt. Dies geschieht ähnlich wie die Diffusion von Gasen zwischen Alveolen und Lungenkapillaren in der Lunge. Abgase wie Kohlendioxid, das von den Zellen ausgeschieden wird, gelangen in die Kapillaren und gelangen durch das Kreislaufsystem zur Lunge, wo sie beim Ausatmen freigesetzt werden.
Andere physiologische Systeme
Die Atmung ist nicht ausschließlich für Organismen mit Lunge. Beispielsweise kommt es bei den meisten Fischarten in Kiemen vor, die es den Tieren ermöglichen, Sauerstoff aus dem Wasser zu extrahieren. Bei Amphibien findet der meiste Gasaustausch über die Haut statt. Die Lunge bietet eine Möglichkeit, den Sauerstoffgehalt des Körpers zu kontrollieren, indem sie als sekundäre Sauerstoffquelle fungiert. Pflanzen produzieren Sauerstoff durch Photosynthese und nehmen mehr Sauerstoff durch Diffusion über ihre Blätter auf. Unabhängig vom physikalischen Prozess nehmen alle diese Organismen Sauerstoff auf und scheiden Kohlendioxid aus, genau wie Säugetiere.
Zellatmung
Der Sauerstoff, der über die physiologische Atmung in das Gewebe gelangt, wird in allen Zellen für den biochemischen Prozess der Zellatmung verwendet. Bei diesem Prozess, der auch als oxidativer Stoffwechsel bezeichnet wird, handelt es sich um eine Reihe chemischer Reaktionen, bei denen Sauerstoff beteiligt ist und bei denen der Körper bestimmte Moleküle in nutzbare Energie umwandeln kann. In tierischen und pflanzlichen Zellen treten Reaktionen auf, bei denen Nährstoffe in ein energiereiches Molekül namens Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt werden.
Sauerstoff wird für die Zellatmung benötigt, da viele Oxidations-Reduktions-Reaktionen, auch Redoxreaktionen genannt, während des gesamten Atmungsprozesses auftreten. Dieses Gas ist ein starkes Oxidationsmittel, das bedeutet, dass es bei chemischen Reaktionen leicht seine verfügbaren Elektronen abgeben kann. Dies macht es sehr nützlich bei Reaktionen.
Die auftretenden Reaktionen werden auch als katabol bezeichnet, da sie große Nährstoffmoleküle in kleinere aufspalten. Diese Moleküle sind Zucker, die von Kohlenhydraten abgeleitet sind; Fettsäuren aus Nahrungsfetten; und Aminosäuren, abgeleitet von Protein. Elektronen werden freigesetzt, wenn die Nährstoffe abgebaut werden, und die Elektronen werden in Reaktionen verwendet, die ATP produzieren. Dieses energiereiche Molekül wird dann in Zellen verwendet, um fast alle Reaktionen anzutreiben, die in ihnen stattfinden.
Anaerobe Zellatmung
In Tieren und Pflanzen sowie in vielen Bakterienarten ist die Art der Zellatmung aerob, was einfach bedeutet, dass Sauerstoff verbraucht wird. Bei einigen Bakterienarten ist die Atmung anaerob, dh sie verbraucht keinen Sauerstoff. Stattdessen verwenden diese Organismen Moleküle wie Nitrat oder Schwefel als Ersatz. Einige haben sich sogar so weit entwickelt, dass sie nur in sauerstofffreien Umgebungen leben können.