Vad är respiration?

Termen "andning" avser två separata processer, som båda förekommer i levande saker och är relaterade till energiproduktion. Den ena är fysiologisk andning, processen genom vilken en organisme tar in syre och utsöndrar koldioxid. Den andra är cellulär andning, en serie biokemiska reaktioner som tillåter en cell att generera energi.

Fysiologisk andning

Det finns fyra steg i denna process hos människor och andra däggdjur, och de planerar framsteget av syre från inandning i lungorna till absorption av inre organ och andra vävnader. Det täcker också utandning av koldioxid.

Ventilation

Det första steget är ventilation där luft rör sig in och ut från lungorna i lungorna. Dessa är fibrösa kollagenstrukturer som expanderar under inandning för att ta in den maximala mängden syre; vid utandning dras de samman och frigör koldioxid. Alveoler finns endast i däggdjurs lungor; liknande strukturer finns dock i andra ryggradsdjur, såsom reptiler och fåglar.

Pulmonary Gas Exchange

I detta steg kommer syre från alveolerna in i cirkulationssystemet genom lungkapillärerna. Alveolerna och lungkapillärerna separeras med en barriär som bara är två celler tjock; en gång tvärs över denna barriär binder syremolekyler sig till hemoglobinet, ett speciellt protein, i röda blodkroppar.

Gastransport

Gastransport börjar i lungkapillärerna. I detta steg rör sig syre bundet till hemoglobin genom blodkärlen i cirkulationssystemet och kommer så småningom in i kapillärer i hela kroppen. Kapillärer matar organ, körtlar och andra vävnader, som behöver en konstant tillförsel av syre för att fungera.

Perifera gasutbyte

Det sista steget är perifert gasutbyte, i vilket syre rör sig från kapillärerna in i celler. Detta händer på samma sätt som gaser diffunderar mellan alveoler och lungkapillärer i lungorna. Avfallsgaser, såsom koldioxid som utsöndras av celler, kommer in i kapillärerna och rör sig genom cirkulationssystemet till lungorna, där de frigörs under utandning.

Andra fysiologiska system

Andning är inte exklusivt för organismer med lungor. I de flesta fiskarter förekommer det till exempel i källor, vilket gör att djuren kan ta ut syre från vatten. Hos amfibier sker mest gasutbyte över huden; lungorna utgör ett sätt att kontrollera kroppens syrehalter genom att fungera som en sekundär syrekälla. Växter producerar syre via fotosyntes och tar in mer genom diffusion över deras blad. Oavsett den fysiska processen tar alla dessa organismer in syre och utsöndrar koldioxid, precis som däggdjur.

Cellandningen

Syre som föras till vävnaderna via fysiologisk andning används i alla celler för den biokemiska processen för cellulär andning. Denna process, som också kallas oxidativ metabolism, är en uppsättning kemiska reaktioner, många som involverar syre, som gör att kroppen kan omvandla vissa molekyler till användbar energi. I djur- och växtceller inträffar reaktionerna som omvandlar näringsämnen till en energirik molekyl som kallas adenosintrifosfat (ATP).

Syre behövs för cellulär andning eftersom många oxidationsreduktionsreaktioner, även kallad redoxreaktioner, inträffar under hela andningsförfarandet. Denna gas är ett kraftfullt oxidationsmedel, vilket innebär att den i kemiska reaktioner lätt kan ge sina tillgängliga elektroner. Detta gör det mycket användbart i reaktioner.

Reaktionerna som inträffar kallas också kataboliska, eftersom de bryter stora näringsmolekyler i mindre. Dessa molekyler är sockerarter, som härrör från kolhydrater; fettsyror från dietfett; och aminosyror, härledda från protein. Elektroner frigörs när näringsämnena bryts ner, och elektronerna används i reaktioner som producerar ATP. Denna energirika molekyl används sedan i celler för att driva nästan alla reaktioner som inträffar inom dem.

Anaerob cellulär andning

Hos djur och växter, såväl som i många bakteriearter, är den typ av cellandning som förekommer aerob, vilket helt enkelt betyder att den använder syre. Hos vissa arter av bakterier är andning anaerob, vilket innebär att den inte använder syre. Istället använder dessa organismer molekyler som nitrat eller svavel som substitut. Vissa har till och med utvecklats till en punkt där de bara kan leva i syrefria miljöer.