Hva er respirasjon?

Begrepet "respirasjon" refererer til to separate prosesser, som begge forekommer i levende ting og er relatert til energiproduksjon. Den ene er fysiologisk respirasjon, prosessen som en organisme tar inn oksygen og skiller ut karbondioksid. Det andre er cellulær respirasjon, en serie biokjemiske reaksjoner som lar en celle generere energi.

Fysiologisk respirasjon

Det er fire stadier i denne prosessen hos mennesker og andre pattedyr, og de plotter fremdriften av oksygen fra inhalasjon til lungene til absorpsjon av indre organer og andre vev. Det dekker også utånding av karbondioksid.

Ventilasjon

Det første stadiet er ventilasjon, der luft beveger seg inn og ut av lungene i lungene. Dette er fibrøse kollagenstrukturer som utvides under innånding, for å ta i seg den maksimale mengden oksygen; ved utånding trekker de seg sammen og frigjør karbondioksid. Alveoler er bare til stede i pattedyr lungene; lignende strukturer finnes imidlertid i andre virveldyr, for eksempel krypdyr og fugler.

Lungegassutveksling

I dette stadiet kommer oksygen fra alveolene inn i sirkulasjonssystemet gjennom lungekapillærene. Alveolene og lungekapillærene skilles ved en barriere som bare er to celler tykke; en gang på tvers av denne barrieren, binder oksygenmolekyler seg til hemoglobin, et spesielt protein, i røde blodlegemer.

Bensintransport

Bensintransport begynner i lungekapillærene. I dette trinnet beveger oksygen bundet til hemoglobin seg gjennom blodkarene i sirkulasjonssystemet, og kommer til slutt inn i kapillærer i hele kroppen. Kapillærer mater organer, kjertler og annet vev, som trenger en konstant tilførsel av oksygen for å fungere.

Perifert gassutveksling

Det siste stadiet er perifer gassutveksling, der oksygen beveger seg fra kapillærene inn i celler. Dette skjer på samme måte som hvordan gasser diffunderer mellom alveoli og lungekapillærer i lungene. Avfallsgasser, som karbondioksid som skilles ut av celler, kommer inn i kapillærene og beveger seg gjennom sirkulasjonssystemet til lungene, der de frigjøres under utpust.

Andre fysiologiske systemer

Respirasjon er ikke eksklusivt for organismer med lunger. I de fleste fiskearter forekommer det for eksempel i gjeller, som lar dyrene trekke ut oksygen fra vann. Hos amfibier skjer mest gassutveksling over huden; lungene gir et middel til å kontrollere kroppens oksygennivåer ved å fungere som en sekundær kilde til oksygen. Planter produserer oksygen via fotosyntesen, og tar inn mer gjennom diffusjon over bladene. Uansett den fysiske prosessen tar alle disse organismer inn oksygen og skiller ut karbondioksid, akkurat som pattedyr gjør.

Cellular Respiration

Oksygenet som føres til vevene via fysiologisk respirasjon brukes i alle celler for den biokjemiske prosessen med cellulær respirasjon. Denne prosessen, som også kalles oksidativ metabolisme, er et sett med kjemiske reaksjoner, mange som involverer oksygen, som lar kroppen konvertere visse molekyler til brukbar energi. I dyre- og planteceller forekommer reaksjonene som omdanner næringsstoffer til et energirikt molekyl kalt adenosintrifosfat (ATP).

Oksygen er nødvendig for cellulær respirasjon fordi mange oksidasjonsreduksjonsreaksjoner, også kalt redoksreaksjoner, forekommer gjennom respirasjonsprosessen. Denne gassen er et kraftig oksidasjonsmiddel, noe som betyr at den ved kjemiske reaksjoner lett kan gi de tilgjengelige elektronene. Dette gjør det veldig nyttig i reaksjoner.

Reaksjonene som oppstår blir også referert til som katabolske, fordi de bryter store næringsmolekyler i mindre. Disse molekylene er sukkerarter, som er avledet fra karbohydrater; fettsyrer fra kostholdsfett; og aminosyrer, avledet fra protein. Elektroner frigjøres når næringsstoffene brytes ned, og elektronene brukes i reaksjoner som produserer ATP. Dette energirike molekylet blir deretter brukt i celler for å drive nesten alle reaksjoner som oppstår i dem.

Anaerob cellulær respirasjon

Hos dyr og planter, så vel som mange bakteriearter, er typen cellulær respirasjon som oppstår aerob, noe som ganske enkelt betyr at den bruker oksygen. Hos noen arter av bakterier er respirasjon anaerob, noe som betyr at den ikke bruker oksygen. I stedet bruker disse organismer molekyler som nitrat eller svovel som erstatning. Noen har til og med utviklet seg til et punkt der de bare kan leve i oksygenfrie miljøer.