En introduksjon til typer respirasjon
Ved inhalering trekker mellomgulvet seg sammen og lungene utvider seg, og skyver brystet oppover. Når du puster ut, slapper membranen av og lungene trekker seg sammen, mens brystet flyttes ned igjen. wetcake/DigitalVision Vectors/Getty Images
Ytre åndedrett
En metode for å få oksygen fra omgivelsene er gjennom ekstern respirasjon eller pust. Hos dyreorganismer utføres prosessen med ekstern respirasjon på en rekke forskjellige måter. Dyr som mangler spesialisert organer for respirasjon stole på diffusjon over ytre vevsoverflater for å oppnå oksygen. Andre har enten organer spesialisert for gassutveksling eller har en komplett luftveiene . I organismer som f.eks nematoder (rundorm), gasser og næringsstoffer utveksles med det ytre miljøet ved diffusjon over overflaten av dyrekroppen. Insekter ogedderkopperha åndedrettsorganer kalt luftrør, mens fisk har gjeller som steder for gassutveksling.
Mennesker og andre pattedyr har et luftveissystem med spesialiserte luftveisorganer ( lungene ) og vev. I menneskekroppen blir oksygen tatt inn i lungene ved innånding og karbondioksid blir drevet ut av lungene ved utånding. Ekstern respirasjon hos pattedyr omfatter de mekaniske prosessene knyttet til pust. Dette inkluderer sammentrekning og avspenning av mellomgulvet og tilbehøret muskler , samt pustefrekvens.
Intern respirasjon
Eksterne respirasjonsprosesser forklarer hvordan oksygen oppnås, men hvordan oksygen kommer til kroppsceller ? Intern respirasjon innebærer transport av gasser mellom blod og kroppsvev. Oksygen i lungene diffunderer over det tynne epitel av lungealveoler (luftsekker) inn i omgivelsene kapillærer som inneholder oksygenfattig blod. Samtidig diffunderer karbondioksid i motsatt retning (fra blodet til lungealveolene) og støtes ut. Oksygenrikt blod transporteres av sirkulasjonssystemet fra lungekapillærer til kroppsceller og vev. Mens oksygen slippes av ved cellene, blir karbondioksid plukket opp og transportert fra vevsceller til lungene.
Cellulær respirasjon
De tre prosessene for ATP-produksjon eller celluar respirasjon inkluderer glykolyse, trikarboksylsyresyklusen og oksidativ fosforylering. Kreditt: Encyclopaedia Britannica/UIG/Getty Images
Oksygenet som oppnås fra indre respirasjon brukes av celler i cellulær respirasjon . For å få tilgang til energien som er lagret i maten vi spiser, komponerer biologiske molekyler mat ( karbohydrater , proteiner osv.) må brytes ned til former som kroppen kan bruke. Dette oppnås gjennom fordøyelsesprosessen hvor mat brytes ned og næringsstoffer tas opp i blodet. Når blod sirkulerer gjennom kroppen, transporteres næringsstoffer til kroppens celler. I cellulær respirasjon deles glukose oppnådd fra fordøyelsen i dets bestanddeler for produksjon av energi. Gjennom en rekke trinn omdannes glukose og oksygen til karbondioksid (COto), vann (HtoO), og høyenergimolekylet adenosintrifosfat (ATP). Karbondioksid og vann som dannes i prosessen diffunderer inn i interstitialvæsken som omgir cellene. Derfra, COtodiffunderer til blodplasma og røde blodceller . ATP generert i prosessen gir energien som trengs for å utføre normale cellulære funksjoner, som makromolekylsyntese, muskelkontraksjon, flimmerhår og flageller bevegelse, og celledeling .
Aerobisk respirasjon
CC BY-SA 3.0 ' id='mntl-sc-block-image_2-0-11' />Dette er diagram over aerob cellulær respirasjon inkludert glykolyse, Krebs-syklus (sitronsyresyklus) og elektrontransportkjeden. RegisFrey/Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0
Aerob celleånding består av tre stadier: glykolyse , sitronsyresyklus (Krebs Cycle), og elektrontransport med oksidativ fosforylering.
- Elektrontransportkjeden er en serie elektronbærerproteinkomplekser i mitokondriell indre membran. NADH og FADHtogenerert i Krebs-syklusen overfører energien deres i elektrontransportkjeden for å transportere protoner og elektroner til intermembranrommet. Den høye konsentrasjonen av hydrogenprotoner i intermembranrommet utnyttes av proteinkomplekset ATP-syntase å transportere protoner tilbake til matrisen. Dette gir energien for fosforylering av ADP til ATP. Elektrontransport og oksidativ fosforylering står for dannelsen av 34 molekyler ATP.
- ' Hvordan lungene fungerer .' National Heart Lung and Blood Institute , U.S. Department of Health and Human Services,.
- Lodish, Harvey. ' Elektrontransport og oksidativ fosforylering .' Aktuelle nevrologi- og nevrovitenskapsrapporter , U.S. National Library of Medicine, 1. januar 1970,.
- Oren, Aharon. ' Anaerob respirasjon .' Canadian Journal of Chemical Engineering , Wiley-Blackwell, 15. september 2009.
Totalt produseres 38 ATP-molekyler av prokaryoter ved oksidasjon av et enkelt glukosemolekyl. Dette tallet reduseres til 36 ATP-molekyler i eukaryoter, ettersom to ATP forbrukes i overføringen av NADH til mitokondrier.
Fermentering
Alkoholholdige og laktatfermenteringsprosesser. Vtvu/Wikimedia Commons/CC BY-SA
Aerob respirasjon forekommer bare i nærvær av oksygen. Når oksygentilførselen er lav, kan bare en liten mengde ATP genereres i cellen cytoplasma ved glykolyse. Selv om pyruvat ikke kan gå inn i Krebs-syklusen eller elektrontransportkjeden uten oksygen, kan det fortsatt brukes til å generere ytterligere ATP ved gjæring. Fermentering er en annen type cellulær respirasjon, en kjemisk prosess for nedbrytning av karbohydrater til mindre forbindelser for produksjon av ATP. Sammenlignet med aerob respirasjon produseres bare en liten mengde ATP i gjæring. Dette er fordi glukose bare delvis brytes ned. Noen organismer er fakultative anaerobe og kan utnytte både fermentering (når oksygen er lavt eller ikke tilgjengelig) og aerob respirasjon (når oksygen er tilgjengelig). To vanlige typer gjæring er melkesyregjæring og alkoholisk (etanol) gjæring. Glykolyse er det første trinnet i hver prosess.
Melkesyregjæring
Ved melkesyregjæring produseres NADH, pyruvat og ATP ved glykolyse. NADH blir deretter omdannet til lavenergiformen NAD+mens pyruvat omdannes til laktat. NAD+resirkuleres tilbake til glykolyse for å generere mer pyruvat og ATP. Melkesyregjæring utføres vanligvis av muskel celler når oksygennivået blir oppbrukt. Laktat omdannes til melkesyre som kan akkumuleres i høye nivåer i muskelcellene under trening. Melkesyre øker muskelsurheten og forårsaker en brennende følelse som oppstår ved ekstreme anstrengelser. Når normale oksygennivåer er gjenopprettet, kan pyruvat gå inn i aerob respirasjon og mye mer energi kan genereres for å hjelpe til med utvinning. Økt blodstrøm bidrar til å levere oksygen til og fjerne melkesyre fra muskelcellene.
Alkoholisk gjæring
Ved alkoholgjæring omdannes pyruvat til etanol og COto. DE+genereres også i konverteringen og blir resirkulert tilbake til glykolyse for å produsere flere ATP-molekyler. Alkoholgjæring utføres av planter , gjær og noen arter av bakterier. Denne prosessen brukes i produksjon av alkoholholdige drikker, drivstoff og bakevarer.
Anaerob respirasjon
Bifidobakterier er grampositive anaerobe bakterier som lever i mage-tarmkanalen. KATERYNA KON/Science Photo Library/Getty Images
Hvordan gjøre ekstremofile som noen bakterie og arkaere overleve i miljøer uten oksygen? Svaret er ved anaerob respirasjon. Denne typen respirasjon skjer uten oksygen og innebærer forbruk av et annet molekyl (nitrat, svovel, jern, karbondioksid, etc.) i stedet for oksygen. I motsetning til ved fermentering involverer anaerob respirasjon dannelsen av en elektrokjemisk gradient av et elektrontransportsystem som resulterer i produksjon av en rekke ATP-molekyler. I motsetning til aerob respirasjon, er den endelige elektronmottakeren et annet molekyl enn oksygen. Mange anaerobe organismer er obligatoriske anaerobe; de utfører ikke oksidativ fosforylering og dør i nærvær av oksygen. Andre er fakultative anaerobe og kan også utføre aerob respirasjon når oksygen er tilgjengelig.