Ο όρος «αναπνοή» αναφέρεται σε δύο ξεχωριστές διαδικασίες, που οι δύο συμβαίνουν στα έμβια όντα και σχετίζονται με την παραγωγή ενέργειας. Η μία είναι η φυσιολογική αναπνοή, η διαδικασία με την οποία ένας οργανισμός λαμβάνει οξυγόνο και αποβάλλει διοξείδιο του άνθρακα. Το δεύτερο είναι η κυτταρική αναπνοή, μια σειρά βιοχημικών αντιδράσεων που επιτρέπουν σε ένα κύτταρο να παράγει ενέργεια.
Φυσιολογική αναπνοή
Υπάρχουν τέσσερα στάδια αυτής της διαδικασίας σε ανθρώπους και άλλα θηλαστικά και σχεδιάζουν την πρόοδο του οξυγόνου από την εισπνοή στους πνεύμονες έως την απορρόφηση από εσωτερικά όργανα και άλλους ιστούς. Καλύπτει επίσης την εκπνοή διοξειδίου του άνθρακα.
Αερισμός
Το πρώτο στάδιο είναι ο εξαερισμός, κατά τον οποίο ο αέρας κινείται μέσα και έξω από τις κυψελίδες των πνευμόνων. Πρόκειται για ινώδεις δομές κολλαγόνου που διαστέλλονται κατά την εισπνοή, για να λάβουν τη μέγιστη ποσότητα οξυγόνου. κατά την εκπνοή, συστέλλονται και απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Οι κυψελίδες υπάρχουν μόνο στους πνεύμονες των θηλαστικών. Ωστόσο, παρόμοιες δομές υπάρχουν σε άλλα σπονδυλωτά ζώα, όπως τα ερπετά και τα πουλιά.
Ανταλλαγή πνευμονικού αερίου
Σε αυτό το στάδιο, το οξυγόνο από τις κυψελίδες εισέρχεται στο κυκλοφορικό σύστημα μέσω των πνευμονικών τριχοειδών. Οι κυψελίδες και τα πνευμονικά τριχοειδή χωρίζονται από ένα φράγμα πάχους μόλις δύο κυττάρων. Μόλις περάσουν αυτό το φράγμα, τα μόρια οξυγόνου συνδέονται με την αιμοσφαιρίνη, μια ειδική πρωτεΐνη, στα ερυθρά αιμοσφαίρια.
Μεταφορά φυσικού αερίου
Η μεταφορά αερίου ξεκινά στα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία. Σε αυτό το βήμα, το οξυγόνο που συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη κινείται μέσω των αιμοφόρων αγγείων του κυκλοφορικού συστήματος, εισάγοντας τελικά στα τριχοειδή αγγεία σε όλο το σώμα. Τα τριχοειδή τροφοδοτούν όργανα, αδένες και άλλους ιστούς, οι οποίοι χρειάζονται συνεχή παροχή οξυγόνου για να λειτουργήσουν.
Περιφερειακή ανταλλαγή αερίου
Το τελικό στάδιο είναι η περιφερειακή ανταλλαγή αερίων, κατά την οποία το οξυγόνο μετακινείται από τα τριχοειδή αγγεία στα κύτταρα. Αυτό συμβαίνει παρόμοια με τον τρόπο που τα αέρια διαχέονται μεταξύ των κυψελίδων και των πνευμονικών τριχοειδών στους πνεύμονες. Τα απόβλητα αέρια, όπως το διοξείδιο του άνθρακα που αποβάλλεται από τα κύτταρα, εισέρχονται στα τριχοειδή αγγεία και κινούνται μέσω του κυκλοφορικού συστήματος στους πνεύμονες, όπου απελευθερώνονται κατά την εκπνοή.
Άλλα Φυσιολογικά Συστήματα
Η αναπνοή δεν είναι αποκλειστική για οργανισμούς με πνεύμονες. Για παράδειγμα, στα περισσότερα είδη ψαριών εμφανίζεται σε βράγχια, τα οποία επιτρέπουν στα ζώα να εξάγουν οξυγόνο από το νερό. Στα αμφίβια, η μεγαλύτερη ανταλλαγή αερίων συμβαίνει σε όλο το δέρμα. οι πνεύμονες παρέχουν ένα μέσο ελέγχου των επιπέδων οξυγόνου του σώματος, ενεργώντας ως δευτερεύουσα πηγή οξυγόνου. Τα φυτά παράγουν οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης και προσλαμβάνουν περισσότερο μέσω της διάχυσης στα φύλλα τους. Ανεξάρτητα από τη φυσική διαδικασία, όλοι αυτοί οι οργανισμοί προσλαμβάνουν οξυγόνο και εκκρίνουν διοξείδιο του άνθρακα, όπως ακριβώς κάνουν τα θηλαστικά.
Κυτταρική αναπνοή
Το οξυγόνο που μεταφέρεται στους ιστούς μέσω φυσιολογικής αναπνοής χρησιμοποιείται σε όλα τα κύτταρα για τη βιοχημική διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής. Αυτή η διαδικασία, η οποία αναφέρεται επίσης ως οξειδωτικός μεταβολισμός, είναι ένα σύνολο χημικών αντιδράσεων, πολλές που περιλαμβάνουν οξυγόνο, που επιτρέπουν στο σώμα να μετατρέψει ορισμένα μόρια σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Στα ζωικά και φυτικά κύτταρα, συμβαίνουν οι αντιδράσεις που μετατρέπουν τα θρεπτικά συστατικά σε ένα πλούσιο σε ενέργεια μόριο που ονομάζεται τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).
Το οξυγόνο χρειάζεται για την κυτταρική αναπνοή επειδή πολλές αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής, που ονομάζονται επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, συμβαίνουν καθ ‘όλη τη διάρκεια της αναπνοής. Αυτό το αέριο είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας, πράγμα που σημαίνει ότι, σε χημικές αντιδράσεις, μπορεί εύκολα να δώσει τα διαθέσιμα ηλεκτρόνια του. Αυτό το καθιστά πολύ χρήσιμο σε αντιδράσεις.
Οι αντιδράσεις που συμβαίνουν αναφέρονται επίσης ως καταβολικές, επειδή διασπούν μεγάλα θρεπτικά μόρια σε μικρότερα. Αυτά τα μόρια είναι σάκχαρα, τα οποία προέρχονται από υδατάνθρακες. λιπαρά οξέα από διαιτητικό λίπος · και αμινοξέα, που προέρχονται από πρωτεΐνη. Τα ηλεκτρόνια απελευθερώνονται όταν διασπώνται τα θρεπτικά συστατικά και τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται σε αντιδράσεις που παράγουν ΑΤΡ. Αυτό το πλούσιο σε ενέργεια μόριο χρησιμοποιείται στη συνέχεια στα κύτταρα για να τροφοδοτήσει σχεδόν όλες τις αντιδράσεις που συμβαίνουν μέσα σε αυτά.
Αναερόβια κυτταρική αναπνοή
Σε ζώα και φυτά, καθώς και σε πολλά βακτηριακά είδη, ο τύπος κυτταρικής αναπνοής που συμβαίνει είναι αερόβιος, πράγμα που σημαίνει απλώς ότι χρησιμοποιεί οξυγόνο. Σε ορισμένα είδη βακτηρίων, η αναπνοή είναι αναερόβια, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο. Αντ ‘αυτού, αυτοί οι οργανισμοί χρησιμοποιούν μόρια όπως νιτρικά ή θείο ως υποκατάστατο. Μερικοί έχουν ακόμη εξελιχθεί σε σημείο που μπορούν να ζήσουν μόνο σε περιβάλλοντα χωρίς οξυγόνο.