Co to jest oddychanie?
Termin „oddychanie” odnosi się do dwóch oddzielnych procesów, które zachodzą w organizmach żywych i są związane z wytwarzaniem energii. Jednym z nich jest oddychanie fizjologiczne, proces, w którym organizm pobiera tlen i wydala dwutlenek węgla. Drugim jest oddychanie komórkowe, seria reakcji biochemicznych, które pozwalają komórce generować energię.
Oddychanie fizjologiczne
Proces ten przebiega w czterech etapach u ludzi i innych ssaków, i wykreślają postęp tlenu od wdychania do płuc do absorpcji przez narządy wewnętrzne i inne tkanki. Obejmuje także wydychanie dwutlenku węgla.
Wentylacja
Pierwszym etapem jest wentylacja, w której powietrze wchodzi i wychodzi z pęcherzyków płucnych. Są to włókniste struktury kolagenu, które rozszerzają się podczas wdychania, aby przyjąć maksymalną ilość tlenu; podczas wydechu kurczą się i uwalniają dwutlenek węgla. Pęcherzyki są obecne tylko w płucach ssaków; jednak podobne struktury istnieją u innych zwierząt kręgowych, takich jak gady i ptaki.
Płucna wymiana gazowa
Na tym etapie tlen z pęcherzyków płucnych dostaje się do układu krążenia przez naczynia włosowate płucne. Pęcherzyki płucne i naczynia włosowate płucne są oddzielone barierą o grubości zaledwie dwóch komórek; po przekroczeniu tej bariery cząsteczki tlenu wiążą się z hemoglobiną, specjalnym białkiem, w czerwonych krwinkach.
Transport gazu
Transport gazu rozpoczyna się w naczyniach włosowatych płuc. Na tym etapie tlen związany z hemoglobiną przemieszcza się przez naczynia krwionośne układu krążenia, ostatecznie wchodząc do naczyń włosowatych w całym ciele. Kapilary odżywiają narządy, gruczoły i inne tkanki, które do funkcjonowania potrzebują stałego dopływu tlenu.
Peryferyjna wymiana gazu
Ostatnim etapem jest obwodowa wymiana gazu, w której tlen przemieszcza się z naczyń włosowatych do komórek. Dzieje się tak podobnie do sposobu, w jaki gazy dyfundują między pęcherzykami płucnymi a naczyniami włosowatymi płuc w płucach. Gazy odlotowe, takie jak dwutlenek węgla wydalany przez komórki, dostają się do naczyń włosowatych i przemieszczają się przez układ krążenia do płuc, gdzie są uwalniane podczas wydechu.
Inne systemy fizjologiczne
Oddychanie nie dotyczy wyłącznie organizmów z płucami. Na przykład u większości gatunków ryb występuje w skrzelach, które umożliwiają zwierzętom wydobycie tlenu z wody. U płazów większość wymiany gazowej zachodzi na skórze; płuca zapewniają środki kontroli poziomu tlenu w ciele, działając jako wtórne źródło tlenu. Rośliny wytwarzają tlen poprzez fotosyntezę i przyjmują więcej poprzez dyfuzję przez liście. Niezależnie od procesu fizycznego wszystkie te organizmy przyjmują tlen i wydzielają dwutlenek węgla, tak jak robią to ssaki.
Oddychania komórkowego
Tlen dostarczany do tkanek poprzez oddychanie fizjologiczne jest wykorzystywany we wszystkich komórkach do biochemicznego procesu oddychania komórkowego. Proces ten, zwany także metabolizmem oksydacyjnym, jest zbiorem reakcji chemicznych, z których wiele wiąże się z tlenem, które pozwalają ciału przekształcić niektóre cząsteczki w energię użytkową. W komórkach zwierzęcych i roślinnych zachodzą reakcje, które przekształcają składniki odżywcze w bogatą w energię cząsteczkę zwaną trifosforanem adenozyny (ATP).
Tlen jest potrzebny do oddychania komórkowego, ponieważ wiele reakcji utleniania-redukcji, zwanych także reakcjami redoks, zachodzi w trakcie procesu oddychania. Gaz ten jest silnym utleniaczem, co oznacza, że w reakcjach chemicznych może z łatwością podać dostępne elektrony. To sprawia, że jest bardzo przydatny w reakcjach.
Zachodzące reakcje są również określane jako kataboliczne, ponieważ rozkładają duże cząsteczki substancji odżywczych na mniejsze. Cząsteczki te są cukrami pochodzącymi z węglowodanów; kwasy tłuszczowe z tłuszczu dietetycznego; i aminokwasy pochodzące z białka. Elektrony są uwalniane, gdy składniki odżywcze są rozkładane, a elektrony są wykorzystywane w reakcjach, które wytwarzają ATP. Ta bogata w energię cząsteczka jest następnie wykorzystywana w komórkach do zasilania prawie wszystkich zachodzących w nich reakcji.
Beztlenowe oddychanie komórkowe
U zwierząt i roślin, a także wielu gatunków bakterii, zachodzi oddychanie komórkowe typu tlenowego, co oznacza po prostu, że wykorzystuje on tlen. W przypadku niektórych gatunków bakterii oddychanie jest beztlenowe, co oznacza, że nie wykorzystuje tlenu. Zamiast tego organizmy te wykorzystują cząsteczki, takie jak azotan lub siarka jako substytut. Niektóre nawet ewoluowały do tego stopnia, że mogą żyć tylko w środowisku beztlenowym.