Wat is ademhaling?
De term "ademhaling" verwijst naar twee afzonderlijke processen, die beide in levende wezens voorkomen en verband houden met de opwekking van energie. Een daarvan is fysiologische ademhaling, het proces waarbij een organisme zuurstof opneemt en kooldioxide uitscheidt. De tweede is cellulaire ademhaling, een reeks biochemische reacties waarmee een cel energie kan genereren.
Fysiologische ademhaling
Er zijn vier fasen in dit proces bij mensen en andere zoogdieren, en ze plotten de voortgang van zuurstof van inademing in de longen tot absorptie door interne organen en andere weefsels. Het dekt ook de uitademing van koolstofdioxide.
Ventilatie
De eerste fase is ventilatie, waarbij lucht in en uit de longblaasjes beweegt. Dit zijn vezelachtige collageenstructuren die tijdens inhalatie uitzetten en de maximale hoeveelheid zuurstof opnemen; bij uitademing trekken ze samen en geven kooldioxide vrij. Longblaasjes zijn alleen aanwezig in zoogdierlongen; vergelijkbare structuren bestaan echter bij andere gewervelde dieren, zoals reptielen en vogels.
Longgasuitwisseling
In deze fase komt zuurstof uit de longblaasjes de bloedsomloop binnen via de pulmonale capillairen. De longblaasjes en de longcapillairen worden gescheiden door een barrière van slechts twee cellen dik; eenmaal over deze barrière binden zuurstofmoleculen aan de hemoglobine, een speciaal eiwit, in rode bloedcellen.
Gastransport
Gastransport begint in de pulmonale capillairen. In deze stap beweegt zuurstof gebonden aan hemoglobine door de bloedvaten van de bloedsomloop en komt uiteindelijk capillairen in het hele lichaam binnen. Capillairen voeden organen, klieren en andere weefsels, die een constante toevoer van zuurstof nodig hebben om te functioneren.
Perifere gasuitwisseling
De laatste fase is perifere gasuitwisseling, waarbij zuurstof van de capillairen naar cellen beweegt. Dit gebeurt op dezelfde manier als gassen diffunderen tussen longblaasjes en longcapillairen in de longen. Afvalgassen, zoals kooldioxide die door cellen wordt uitgescheiden, komen in de haarvaten en verplaatsen zich door de bloedsomloop naar de longen, waar ze vrijkomen tijdens het uitademen.
Andere fysiologische systemen
Ademhaling is niet exclusief voor organismen met longen. Bij de meeste vissoorten komt het bijvoorbeeld voor in kieuwen, waardoor de dieren zuurstof aan water kunnen onttrekken. Bij amfibieën vindt de meeste gasuitwisseling over de huid plaats; de longen bieden een manier om de zuurstofniveaus van het lichaam te regelen, door op te treden als een secundaire zuurstofbron. Planten produceren zuurstof via fotosynthese en nemen meer op door diffusie over hun bladeren. Ongeacht het fysische proces, nemen al deze organismen zuurstof en scheiden koolstofdioxide uit, net als zoogdieren.
Cellulaire ademhaling
De zuurstof die via fysiologische ademhaling naar de weefsels wordt gebracht, wordt in alle cellen gebruikt voor het biochemische proces van cellulaire ademhaling. Dit proces, dat ook wel oxidatief metabolisme wordt genoemd, is een reeks chemische reacties, veelal met zuurstof, waardoor het lichaam bepaalde moleculen in bruikbare energie kan omzetten. In dierlijke en plantencellen treden de reacties op die voedingsstoffen omzetten in een energierijk molecuul genaamd adenosinetrifosfaat (ATP).
Zuurstof is nodig voor cellulaire ademhaling omdat veel oxidatiereducerende reacties, ook wel redoxreacties genoemd, tijdens het ademhalingsproces optreden. Dit gas is een krachtig oxidatiemiddel, wat betekent dat het bij chemische reacties gemakkelijk zijn beschikbare elektronen kan afgeven. Dit maakt het erg handig in reacties.
De reacties die optreden, worden ook katabool genoemd, omdat ze grote voedingsmoleculen in kleinere breken. Deze moleculen zijn suikers, die zijn afgeleid van koolhydraten; vetzuren uit dieetvet; en aminozuren, afgeleid van eiwitten. Elektronen komen vrij wanneer de voedingsstoffen worden afgebroken en de elektronen worden gebruikt in reacties die ATP produceren. Dit energierijke molecuul wordt vervolgens in cellen gebruikt om bijna alle reacties aan te drijven die zich daarin voordoen.
Anaërobe cellulaire ademhaling
Bij dieren en planten, evenals bij veel bacteriesoorten, is het type cellulaire ademhaling dat optreedt aëroob, wat gewoon betekent dat het zuurstof gebruikt. Bij sommige soorten bacteriën is de ademhaling anaëroob, wat betekent dat er geen zuurstof wordt gebruikt. In plaats daarvan gebruiken deze organismen moleculen zoals nitraat of zwavel als vervanging. Sommige zijn zelfs zo geëvolueerd dat ze alleen in zuurstofvrije omgevingen kunnen leven.