3 Vrste dihanja

Dihanje je postopek, v katerem organizmi izmenjujejo pline med svojimi telesne celice in okolje. Od prokariotske bakterije in arheje do evkariontske protestniki, glive, rastline, in živali, dihajo vsi živi organizmi. Dihanje se lahko nanaša na katerega koli od treh elementov postopka.

Najprej, dihanje se lahko nanaša na zunanje dihanje ali na postopek dihanja (vdih in izdih), imenovan tudi prezračevanje. Drugič, dihanje se lahko nanaša na notranje dihanje difuzija plinov med telesnimi tekočinami (kri in intersticijska tekočina) in tkiva. Končno, dihanje se lahko nanaša na presnovne procese pretvorbe shranjene energije biološke molekule do uporabne energije v obliki ATP. Ta postopek lahko vključuje porabo kisika in proizvodnjo ogljikovega dioksida, kot je razvidno iz aerobnih celično dihanjeali morda ne vključuje porabe kisika, kot pri anaerobnem dihanju.

Ena izmed metod za pridobivanje kisika iz okolja je z zunanjim dihanjem ali dihanjem. V živalskih organizmih se postopek zunanjega dihanja izvaja na več različnih načinov. Živali, ki nimajo specializiranih

Ljudje in drugi sesalci imeti dihalni sistem s specializiranimi dihalnimi organi (pljuča) in tkiva. V človeškem telesu se kisik odvzame v pljuča z vdihavanjem, ogljikov dioksid pa izdiha iz pljuč z izdihom. Zunanje dihanje pri sesalcih zajema mehanske procese, povezane z dihanjem. To vključuje krčenje in sprostitev diafragme in dodatne opreme mišice, kot tudi hitrost dihanja.

Zunanji dihalni procesi pojasnjujejo, kako dobimo kisik, kako pa do kisika telesne celice? Notranje dihanje vključuje prevoz plinov med kri in tkiva telesa. Kisik v pljuča razprši po tanki epitelija pljučnih alveolov (zračnih vrečk) v okolico kapilare ki vsebuje kri, ki osiromaši kisik. Hkrati se ogljikov dioksid razprši v nasprotni smeri (iz krvi v pljučne alveole) in se izloči. Kri, bogata z kisikom, se prevaža s krvožilni sistem od pljučnih kapilar do telesnih celic in tkiv. Medtem ko v celicah odpada kisik, se iz tkivnih celic v pljuča odvzame ogljikov dioksid.

Kisik, pridobljen z notranjim dihanjem, uporablja celice v celično dihanje. Za dostop do energije, shranjene v živilih, ki jih uživamo, biološke molekule sestavljajo hrano (ogljikovi hidrati, beljakovineitd.) je treba razčleniti na oblike, ki jih telo lahko uporablja. To se doseže s pomočjo prebavni proces kjer se hrana razgradi in hranila absorbirajo v kri. Ko kri kroži po telesu, se hranila prenašajo v telesne celice. Pri celičnem dihanju se glukoza, pridobljena s prebavo, razdeli na njene sestavne dele za proizvodnjo energije. Skozi vrsto korakov se glukoza in kisik pretvorita v ogljikov dioksid (CO)₂), voda (H₂O) in visokoenergijska molekula adenozin trifosfat (ATP). Ogljikov dioksid in voda, ki nastaneta v postopku, difundirata v intersticijsko tekočino, ki obdaja celice. Od tam CO₂ razprši v krvno plazmo in rdeče krvne celice. ATP, ustvarjen v procesu, zagotavlja energijo, potrebno za izvajanje normalnih celičnih funkcij, kot so sinteza makromolekule, krčenje mišic, cilija in flagella gibanje in delitev celic.

Skupno proizvaja 38 molekul ATP prokarioti pri oksidaciji ene same molekule glukoze. To število se zmanjša v 36 molekulah ATP v evkariontih, saj pri prenosu NADH na mitohondrije porabita dva ATP.

Aerobno dihanje se pojavi le ob prisotnosti kisika. Kadar je oskrba s kisikom majhna, lahko v celici nastane le majhna količina ATP citoplazma z glikolizo. Čeprav piruvat ne more vstopiti v Krebsov cikel ali elektronsko transportno verigo brez kisika, ga lahko še vedno uporabimo za ustvarjanje dodatnih ATP s fermentacijo. Fermentacija je druga vrsta celičnega dihanja, kemični postopek za razgradnjo ogljikovi hidrati v manjše spojine za proizvodnjo ATP. V primerjavi z aerobnim dihanjem pri fermentaciji nastane le majhna količina ATP. To je zato, ker se glukoza le delno razgradi. Nekateri organizmi so fakultativni anaerobi in lahko uporabljajo tako fermentacijo (kadar je kisika malo ali ni na voljo) kot aerobno dihanje (ko je kisik na voljo). Dve pogosti vrsti fermentacije sta fermentacija mlečne kisline in alkoholna (etanolna) fermentacija. Glikoliza je prva faza v vsakem procesu.

Pri fermentaciji mlečne kisline se z glikolizo proizvajajo NADH, piruvat in ATP. Nato se NADH pretvori v svojo nizkoenergijsko obliko NAD⁺, medtem ko se piruvat pretvori v laktat. NAD⁺ se reciklira nazaj v glikolizo, da nastane več piruvata in ATP. Fermentacijo mlečne kisline običajno izvaja mišice celice, ko se raven kisika zmanjša. Laktat se pretvori v mlečno kislino, ki se lahko med telesno aktivnostjo nabere v visoki ravni v mišičnih celicah. Mlečna kislina poveča mišično kislost in povzroči pekoč občutek, ki se pojavi med ekstremnim naporom. Ko se obnovijo normalne ravni kisika, lahko piruvat vstopi v aerobno dihanje in lahko ustvari veliko več energije za pomoč pri okrevanju. Povečan pretok krvi pomaga dovajati kisik in odstraniti mlečno kislino iz mišičnih celic.

Pri alkoholnem vrenju se piruvat pretvori v etanol in CO₂. NAD⁺ nastaja tudi pri pretvorbi in se ponovno reciklira v glikolizo, da nastane več molekul ATP. Alkoholno vrenje izvaja rastline, kvas in nekatere vrste bakterij. Ta postopek se uporablja pri proizvodnji alkoholnih pijač, goriva in pekovskih izdelkov.

Kako naj ekstremofili kot nekateri bakterije in arheje preživeti v okoljih brez kisika? Odgovor je z anaerobnim dihanjem. Ta vrsta dihanja poteka brez kisika in vključuje porabo druge molekule (nitrata, žvepla, železa, ogljikovega dioksida itd.) Namesto kisika. Za razliko od fermentacije anaerobno dihanje vključuje nastanek elektrokemičnega gradienta s sistemom prenosa elektronov, kar povzroči nastanek številnih molekul ATP. Za razliko od aerobnega dihanja je končni prejemnik elektronov molekula, ki ni kisik. Številni anaerobni organizmi so obligacijski anaerobi; ne izvajajo oksidativne fosforilacije in umrejo v prisotnosti kisika. Drugi so fakultativni anaerobi in lahko izvajajo tudi aerobno dihanje, ko je na voljo kisik.