3 סוגים של נשימה

נשימה הוא התהליך בו אורגניזמים מחליפים גזים בין שלהם תאי גוף והסביבה. מ חיידקים פרוקריוטיים ו ארכאים לאוקריוטי פרוטסטים, פטריות, צמחים, ו חיות, כל האורגניזמים החיים עוברים נשימה. נשימה עשויה להתייחס לכל אחד משלושת המרכיבים של התהליך.

ראשון, הנשימה עשויה להתייחס לנשימה חיצונית או לתהליך הנשימה (שאיפה ונשיפה), המכונה גם אוורור. שנית, הנשימה עשויה להתייחס לנשימה פנימית, שהיא ריכוך של גזים בין נוזלי גוף (דם ונוזל ביניים) ו- רקמות. סוף סוף, הנשימה עשויה להתייחס לתהליכים המטבוליים של המרת האנרגיה שנמצאת בתוך מולקולות ביולוגיות לאנרגיה שמישה בצורת ATP. תהליך זה עשוי לכלול צריכת חמצן וייצור פחמן דו חמצני, כפי שניתן לראות באירובי נשימה תאית, או לא יכול להיות כרוך בצריכת חמצן, כמו במקרה של נשימה אנאירובית.

אחת השיטות להשגת חמצן מהסביבה היא באמצעות נשימה או נשימה חיצוניים. באורגניזמים מן החי, תהליך הנשימה חיצוני מבוצע במספר דרכים שונות. בעלי חיים חסרי התמחות איברים לצורך הנשימה יש להסתמך על דיפוזיה על פני משטחי רקמות חיצוניות כדי להשיג חמצן. לאחרים יש איברים המתמחים להחלפת גז או שיש להם שלם מערכת נשימה

בני אדם ואחרים יונקים יש מערכת נשימה עם אברי נשימה מיוחדים (ריאות) ורקמות. בגוף האדם נלקח חמצן לריאות על ידי שאיפה ונפלט דו תחמוצת הפחמן מהריאות על ידי נשיפה. נשימה חיצונית אצל יונקים מקיפה את התהליכים המכניים הקשורים לנשימה. זה כולל התכווצות והרפיה של הסרעפת והאביזר שרירים, כמו גם קצב הנשימה.

תהליכי נשימה חיצוניים מסבירים כיצד מתקבל חמצן, אך כיצד מגיע חמצן תאי גוף? נשימה פנימית כוללת הובלת גזים בין דם ורקמות גוף. חמצן בתוך ריאות מתפזר על פני הדק אפיתל של alveoli ריאות (שקיות אוויר) לתוך הסביבה נימים המכיל דם מדולדל. במקביל, הפחמן הדו-חמצני מתפזר בכיוון ההפוך (מהדם אל גווילי הריאה) ומגורש. דם עשיר בחמצן מועבר על ידי מערכת דם מ נימי ריאה לתאי גוף ורקמות. בזמן שמוריד חמצן בתאים, נאסף פחמן דו חמצני ומועבר מתאי רקמה לריאות.

החמצן המתקבל מהנשמה פנימית משמש את תאים בתוך נשימה תאית. על מנת לגשת לאנרגיה המאוחסנת במזונות שאנו אוכלים, מולקולות ביולוגיות המרכיבות מזון (פחמימות, חלבוניםוכו ') יש לפרק לצורות שהגוף יכול להשתמש בהן. זה מושג באמצעות תהליך עיכול שם האוכל מתפרק וחומרים מזינים נספגים בדם. ככל שמופץ דם בכל הגוף, מועברים חומרים מזינים לתאי הגוף. בנשימה סלולרית, הגלוקוז המתקבל מעיכול מפוצל לחלקיו המרכיבים לייצור אנרגיה. באמצעות סדרת שלבים, גלוקוז וחמצן מומרים לפחמן דו חמצני (CO₂), מים (ח₂O), ומולקולת האנרגיה הגבוהה אדנוזין טריפוספט (ATP). פחמן דו חמצני ומים הנוצרים בתהליך מתפזרים לנוזל הבין-תאי המקיף את התאים. משם, CO₂ מתפשט לפלזמה בדם תאי דם אדומים. ATP הנוצר בתהליך מספק את האנרגיה הדרושה לביצוע פונקציות סלולריות תקינות, כגון סינתזת מקרומולקולה, התכווצות שרירים, cilia ו flagella תנועה, ו חלוקת תא.

בסך הכל, 38 מולקולות ATP מיוצרות על ידי פרוקריוטות בחמצון מולקולת גלוקוז אחת. מספר זה מצטמצם ל 36 מולקולות ATP באיקריוטות, שכן שתי ATP נצרכות בהעברת NADH למיטוכונדריה.

נשימה אירובית מתרחשת רק בנוכחות חמצן. כאשר אספקת החמצן נמוכה, ניתן לייצר רק כמות קטנה של ATP בתא ציטופלזמה על ידי גליקוליזה. למרות שפירובאט לא יכול להיכנס למחזור קרבס או לשרשרת הובלת אלקטרונים ללא חמצן, עדיין ניתן להשתמש בו לייצור ATP נוסף על ידי תסיסה. תסיסה הוא סוג אחר של נשימה תאית, תהליך כימי להתמוטטות פחמימות לתרכובות קטנות יותר לייצור ATP. בהשוואה לנשימה אירובית, רק כמות קטנה של ATP מיוצרת בתסיסה. הסיבה לכך היא שהגלוקוזה מתפרקת באופן חלקי בלבד. אורגניזמים מסוימים הם אנאירובים פקולטטיביים ויכולים להשתמש הן בתסיסה (כאשר חמצן נמוך או אינו זמין) וגם נשימה אירובית (כאשר חמצן זמין). שני סוגים נפוצים של תסיסה הם תסיסה של חומצה לקטית ותסיסה אלכוהולית (אתנול). גליקוליזה היא השלב הראשון בכל תהליך.

בתסיסה של חומצות חלב, NADH, pyruvate ו- ATP מיוצרים על ידי גליקוליזה. לאחר מכן מומר NADH לצורת האנרגיה הנמוכה שלו NAD⁺, בעוד שפירובייט מומר ללקטט. נאד⁺ ממוחזר חזרה לגליקוליזה כדי לייצר יותר פירובט ו- ATP. תסיסה של חומצת חלב מתבצעת בדרך כלל על ידי שריר תאים כאשר רמות החמצן הולכות ומתרוקנות. הלקטט מומר לחומצה לקטית שיכולה להצטבר ברמות גבוהות בתאי השריר במהלך האימון. חומצה לקטית מעלה את חומציות השרירים וגורמת לתחושת צריבה המופיעה בזמן מאמץ קיצוני. לאחר שחזור רמות החמצן הרגילות, פירובט יכול להיכנס לנשימה אירובית וניתן לייצר אנרגיה רבה יותר כדי לסייע בהחלמה. זרימת דם מוגברת מסייעת בהעברת חמצן לסילוק חומצה לקטית מתאי השריר.

בתסיסה אלכוהולית מומר פירובט לאתנול ו CO₂. נאד⁺ נוצר גם בהמרה ומחזור למחזור הגליקוליזה כדי לייצר יותר מולקולות ATP. תסיסה אלכוהולית מבוצעת על ידי צמחים, שמרים, וכמה מינים של חיידקים. תהליך זה משמש לייצור משקאות אלכוהוליים, דלקים ומאפים.

איך אקסטרים כמו כמה חיידקים ו ארכאים לשרוד בסביבות ללא חמצן? התשובה היא על ידי נשימה אנאירובית. נשימה מסוג זה מתרחשת ללא חמצן והיא כוללת צריכה של מולקולה אחרת (חנקה, גופרית, ברזל, פחמן דו חמצני וכו ') במקום חמצן. שלא כמו בתסיסה, נשימה אנאירובית כוללת היווצרות של שיפוע אלקטרוכימי על ידי מערכת הובלת אלקטרונים המביאה לייצור של מספר מולקולות ATP. שלא כמו בנשימה אירובית, מקבל האלקטרונים הסופי הוא מולקולה שאינה חמצן. אורגניזמים אנאירובים רבים חייבים אנאירובים; הם לא מבצעים זרחן חמצוני ומתים בנוכחות חמצן. אחרים הם אנאירובים פקולטטיביים ויכולים גם לבצע נשימה אירובית כאשר קיים חמצן.