3 أنواع التنفس

تنفس هي العملية التي تتبادل فيها الكائنات الحية الغازات بينها خلايا الجسم والبيئة. من عند بكتيريا بدائية النواة و archaeans إلى حقيقيات النوى الخلية, الفطريات, النباتاتو الحيوانات، تخضع جميع الكائنات الحية للتنفس. قد يشير التنفس إلى أي من العناصر الثلاثة للعملية.

أول، قد يشير التنفس إلى التنفس الخارجي أو عملية التنفس (الاستنشاق والزفير) ، والتي تسمى أيضًا بالتهوية. ثانيا، قد يشير التنفس إلى التنفس الداخلي ، وهو تعريف من الغازات بين سوائل الجسم (دم والسائل الخلالي) و مناديل. أخيرا، قد يشير التنفس إلى عمليات التمثيل الغذائي لتحويل الطاقة المخزنة في الجزيئات البيولوجية إلى الطاقة القابلة للاستخدام في شكل ATP. قد تتضمن هذه العملية استهلاك الأكسجين وإنتاج ثاني أكسيد الكربون ، كما هو موضح في الهوائية التنفس الخلوي، أو قد لا ينطوي على استهلاك الأكسجين ، كما هو الحال في التنفس اللاهوائي.

طريقة واحدة للحصول على الأكسجين من البيئة هي من خلال التنفس الخارجي أو التنفس. في الكائنات الحية الحيوانية ، يتم إجراء عملية التنفس الخارجي بعدد من الطرق المختلفة. الحيوانات التي تفتقر إلى التخصص الأعضاء للتنفس يعتمد على الانتشار عبر أسطح الأنسجة الخارجية للحصول على الأكسجين. البعض الآخر لديه أجهزة متخصصة لتبادل الغاز أو لديه كامل

البشر وغيرهم الثدييات لديك جهاز تنفسي مع أعضاء تنفسية متخصصة (رئتين) والأنسجة. في جسم الإنسان ، يتم أخذ الأكسجين إلى الرئتين عن طريق الاستنشاق ويتم طرد ثاني أكسيد الكربون من الرئتين عن طريق الزفير. يشمل التنفس الخارجي في الثدييات العمليات الميكانيكية المتعلقة بالتنفس. وهذا يشمل تقلص واسترخاء الحجاب الحاجز والملحق العضلاتوكذلك معدل التنفس.

توضح العمليات التنفسية الخارجية كيفية الحصول على الأكسجين ، ولكن كيف يصل الأكسجين إليه خلايا الجسم? التنفس الداخلي ينطوي على نقل الغازات بين دم وأنسجة الجسم. الأكسجين داخل رئتين ينتشر عبر رقيقة ظهارة من الحويصلات الرئوية (الأكياس الهوائية) في المحيط الشعيرات الدموية تحتوي على الدم المستنفد للأكسجين. في الوقت نفسه ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون في الاتجاه المعاكس (من الدم إلى الحويصلات الرئوية) ويتم طرده. يتم نقل الدم الغني بالأكسجين بواسطة نظام الدورة الدموية من الشعيرات الرئوية إلى خلايا وأنسجة الجسم. أثناء إسقاط الأكسجين في الخلايا ، يتم التقاط ثاني أكسيد الكربون ونقله من خلايا الأنسجة إلى الرئتين.

يتم استخدام الأكسجين الناتج عن التنفس الداخلي بواسطة الخلايا في التنفس الخلوي. من أجل الوصول إلى الطاقة المخزنة في الأطعمة التي نتناولها ، تتكون الجزيئات البيولوجية من الأطعمة (الكربوهيدرات, البروتينات، وما إلى ذلك) يجب تقسيمها إلى أشكال يمكن للجسم استخدامها. يتم تحقيق ذلك من خلال عملية هضمية حيث يتم تفتيت الطعام وامتصاص العناصر الغذائية في الدم. أثناء تداول الدم في جميع أنحاء الجسم ، يتم نقل العناصر الغذائية إلى خلايا الجسم. في التنفس الخلوي ، ينقسم الجلوكوز الذي يتم الحصول عليه من الهضم إلى الأجزاء المكونة له لإنتاج الطاقة. من خلال سلسلة من الخطوات ، يتم تحويل الجلوكوز والأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، الماء (ح₂O) ، وجزيء الطاقة العالية الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). ينتشر ثاني أكسيد الكربون والماء المتكون في العملية إلى الخلايا الخلوية المحيطة بالسوائل. من هناك ، CO₂ ينتشر في بلازما الدم و خلايا الدم الحمراء. يوفر ATP الناتج في العملية الطاقة اللازمة لأداء الوظائف الخلوية العادية ، مثل توليف الجزيئات الكبيرة ، وتقلص العضلات ، أهداب والأسواط الحركة و انقسام الخلية.

في المجموع ، يتم إنتاج 38 جزيء ATP بواسطة بدائيات النوى في أكسدة جزيء جلوكوز واحد. يتم تقليل هذا العدد إلى 36 جزيء ATP في حقيقيات النوى ، حيث يتم استهلاك اثنين من ATP في نقل NADH إلى الميتوكوندريا.

يحدث التنفس الهوائي فقط في وجود الأكسجين. عندما يكون إمداد الأكسجين منخفضًا ، لا يمكن توليد سوى كمية صغيرة من ATP في الخلية السيتوبلازم عن طريق التحلل السكري. على الرغم من أن البيروفات لا يمكنها دخول دورة كريبس أو سلسلة نقل الإلكترون بدون أكسجين ، إلا أنه لا يزال من الممكن استخدامها لتوليد ATP إضافي عن طريق التخمير. تخمير هو نوع آخر من التنفس الخلوي ، عملية كيميائية لانهيار الكربوهيدرات إلى مركبات أصغر لإنتاج ATP. بالمقارنة مع التنفس الهوائي ، يتم إنتاج كمية صغيرة فقط من ATP في التخمير. وذلك لأن الجلوكوز يتحلل جزئيًا فقط. بعض الكائنات الحية هي اللاهوائيات الاختيارية ويمكن أن تستخدم كلا من التخمير (عندما يكون الأكسجين منخفضًا أو غير متوفر) والتنفس الهوائي (عندما يتوفر الأكسجين). هناك نوعان شائعان من التخمير هما تخمر حمض اللاكتيك وتخمير الكحول (الإيثانول). تحلل السكر هو المرحلة الأولى في كل عملية.

في تخمر حمض اللاكتيك ، يتم إنتاج NADH ، البيروفات ، و ATP عن طريق تحلل السكر. ثم يتم تحويل NADH إلى شكله المنخفض الطاقة NAD⁺بينما يتم تحويل البيروفات إلى لاكتات. ناد⁺ يتم إعادة تدويره مرة أخرى إلى تحلل السكر لتوليد المزيد من البيروفات و ATP. عادة ما يتم تخمير حمض اللاكتيك عن طريق عضلة الخلايا عندما تنضب مستويات الأكسجين. يتم تحويل اللاكتات إلى حمض اللاكتيك الذي يمكن أن يتراكم عند مستويات عالية في خلايا العضلات أثناء التمرين. يزيد حمض اللاكتيك من حموضة العضلات ويسبب إحساسًا بالحرقان يحدث أثناء المجهود الشديد. بمجرد استعادة مستويات الأكسجين الطبيعية ، يمكن أن يدخل البيروفات تنفسًا هوائيًا ويمكن توليد المزيد من الطاقة للمساعدة في التعافي. تساعد زيادة تدفق الدم على توصيل الأكسجين وإزالة حمض اللاكتيك من خلايا العضلات.

في التخمير الكحولي ، يتم تحويل البيروفات إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون₂. ناد⁺ يتم توليدها أيضًا في التحويل ويتم إعادة تدويرها مرة أخرى إلى تحلل السكر لإنتاج المزيد من جزيئات ATP. يتم تنفيذ التخمير الكحولي بواسطة النباتاتوالخميرة وبعض أنواع البكتيريا. تستخدم هذه العملية في إنتاج المشروبات الكحولية والوقود والمخبوزات.

كيف المتطرفون مثل بعض - يشبه بعض بكتيريا و archaeans البقاء في بيئات خالية من الأكسجين؟ الجواب هو عن طريق التنفس اللاهوائي. يحدث هذا النوع من التنفس بدون أكسجين وينطوي على استهلاك جزيء آخر (نترات ، كبريت ، حديد ، ثاني أكسيد الكربون ، إلخ) بدلاً من الأكسجين. على عكس التخمير ، ينطوي التنفس اللاهوائي على تكوين تدرج كهروكيميائي بواسطة نظام نقل إلكتروني ينتج عنه إنتاج عدد من جزيئات ATP. على عكس التنفس الهوائي ، فإن المتلقي النهائي للإلكترون هو جزيء غير الأكسجين. العديد من الكائنات اللاهوائية تلزم اللاهوائيات. إنهم لا يؤدون الفسفرة التأكسدية ويموتون في وجود الأكسجين. البعض الآخر هو اللاهوائيات الاختيارية ويمكنه أيضًا إجراء التنفس الهوائي عندما يتوفر الأكسجين.