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. Drugi to oddychanie komórkowe, seria reakcji biochemicznych, które umożliwiają komórce wytwarzanie energii.
Oddychanie Fizjologiczne
Istnieją cztery etapy tego procesu u ludzi i innych ssaków i przedstawiają one postęp tlenu od wdychania do płuc do wchłaniania przez narządy wewnętrzne i inne tkanki. Obejmuje również wydychanie dwutlenku węgla.
Wentylacja
Pierwszym etapem jest wentylacja, podczas której powietrze przemieszcza się do i z pęcherzyków płucnych. Są to włókniste struktury kolagenowe, które rozszerzają się podczas inhalacji, 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 kręgowców, takich jak gady i ptaki.
Wymiana gazów płucnych
Na tym etapie tlen z pęcherzyków przedostaje się do układu krążenia przez naczynia włosowate płucne. Pęcherzyki płucne i naczynia włosowate płuc są oddzielone barierą o grubości zaledwie dwóch komórek; Po przejściu przez tę barierę 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 dostając się do naczyń włosowatych w całym ciele. Kapilary odżywiają narządy, gruczoły i inne tkanki, które do funkcjonowania potrzebują stałego dopływu tlenu.
Peryferyjna Giełda Gazów
Ostatnim etapem jest obwodowa wymiana gazowa, w której tlen przemieszcza się z naczyń włosowatych do komórek. Dzieje się to podobnie do dyfuzji gazów między pęcherzykami a naczyniami włosowatymi płucnymi w płucach. Gazy odpadowe, takie jak dwutlenek węgla wydalany przez komórki, dostają się do naczyń włosowatych i przechodzą 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 pozyskiwanie tlenu z wody. U płazów większość wymiany gazowej zachodzi przez skórę; płuca zapewniają środki do kontrolowania poziomu tlenu w organizmie, działając jako wtórne źródło tlenu. Rośliny produkują tlen poprzez fotosyntezę i pobierają więcej poprzez dyfuzję przez liście. Niezależnie od procesu fizycznego, wszystkie te organizmy pobierają tlen i wydalają dwutlenek węgla, tak jak robią to ssaki.
Oddychania komórkowego
Tlen dostarczany do tkanek poprzez oddychanie fizjologiczne jest wykorzystywany we wszystkich komórkach w biochemicznym procesie oddychania komórkowego. Proces ten, zwany również metabolizmem oksydacyjnym, to zestaw reakcji chemicznych, z których wiele obejmuje tlen, które umożliwiają organizmowi przekształcenie pewnych cząsteczek 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 również reakcjami redoks, zachodzi w trakcie procesu oddychania. Gaz ten jest silnym środkiem utleniającym, co oznacza, że w reakcjach chemicznych może z łatwością oddać dostępne elektrony. To czyni go bardzo przydatnym w reakcjach.
Zachodzące reakcje są również określane jako kataboliczne, ponieważ rozbijają duże cząsteczki składników odżywczych na mniejsze. Te cząsteczki to cukry, które pochodzą z węglowodanów; kwasy tłuszczowe z tłuszczu dietetycznego; oraz 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, oddychanie komórkowe ma charakter tlenowy, co oznacza po prostu, że wykorzystuje ono tlen. U niektórych gatunków bakterii oddychanie jest beztlenowe, co oznacza, że nie wykorzystuje tlenu. Zamiast tego organizmy te wykorzystują jako substytut molekuły, takie jak azotan lub siarka. Niektóre ewoluowały nawet do punktu, w którym mogą żyć tylko w środowiskach beztlenowych.