Atmung ist der Prozess, in dem Organismen Gase zwischen ihren austauschen Körperzellen und die Umwelt. Von prokaryotische Bakterien und Archäer zu eukaryotisch Protisten, Pilze, Pflanzen, und TiereAlle lebenden Organismen atmen. Die Atmung kann sich auf eines der drei Elemente des Prozesses beziehen.
ZuerstDie Atmung kann sich auf die äußere Atmung oder den Atmungsprozess (Einatmen und Ausatmen) beziehen, der auch als Beatmung bezeichnet wird. ZweitensDie Atmung kann sich auf die innere Atmung beziehen Diffusion von Gasen zwischen Körperflüssigkeiten (Blut und interstitielle Flüssigkeit) und Gewebe. SchließlichDie Atmung kann sich auf die Stoffwechselprozesse bei der Umwandlung der darin gespeicherten Energie beziehen biologische Moleküle zu nutzbarer Energie in Form von ATP. Dieser Prozess kann den Verbrauch von Sauerstoff und die Produktion von Kohlendioxid beinhalten, wie dies bei Aerobic der Fall ist Zellatmungoder kann nicht den Verbrauch von Sauerstoff beinhalten, wie im Fall der anaeroben Atmung.
Eine Methode zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Umgebung ist die externe Atmung oder Atmung. Bei tierischen Organismen wird der Prozess der äußeren Atmung auf verschiedene Arten durchgeführt. Tiere, denen es an Spezialität mangelt Organe Für die Atmung ist eine Diffusion über die äußeren Gewebeoberflächen erforderlich, um Sauerstoff zu erhalten. Andere haben entweder Organe, die auf den Gasaustausch spezialisiert sind, oder eine vollständige Atmungssystem. In Organismen wie Nematoden (Spulwürmer), Gase und Nährstoffe werden durch Diffusion über die Oberfläche des Tierkörpers mit der äußeren Umgebung ausgetauscht. Insekten und Spinnen haben Atmungsorgane Tracheae genannt, während Fische Kiemen als Orte für den Gasaustausch haben.
Menschen und andere Säugetiere ein Atmungssystem mit spezialisierten Atmungsorganen haben (Lunge) und Gewebe. Im menschlichen Körper wird Sauerstoff durch Einatmen in die Lunge aufgenommen und Kohlendioxid durch Ausatmen aus der Lunge ausgestoßen. Die äußere Atmung bei Säugetieren umfasst die mechanischen Prozesse im Zusammenhang mit der Atmung. Dies beinhaltet die Kontraktion und Entspannung des Zwerchfells und des Zubehörs Muskelnsowie Atemfrequenz.
Externe Atmungsprozesse erklären, wie Sauerstoff gewonnen wird, aber wie Sauerstoff dazu kommt Körperzellen? Die innere Atmung beinhaltet den Transport von Gasen zwischen den Blut und Körpergewebe. Sauerstoff in der Lunge diffundiert über die dünne Epithel von Lungenalveolen (Luftsäcken) in die Umgebung Kapillaren mit sauerstoffarmem Blut. Gleichzeitig diffundiert Kohlendioxid in die entgegengesetzte Richtung (vom Blut zu den Lungenalveolen) und wird ausgestoßen. Sauerstoffreiches Blut wird von der transportiert Kreislauf von Lungenkapillaren bis zu Körperzellen und Geweben. Während Sauerstoff an den Zellen abgegeben wird, wird Kohlendioxid aufgenommen und von den Gewebezellen in die Lunge transportiert.
Der aus der inneren Atmung gewonnene Sauerstoff wird von verwendet Zellen im Zellatmung. Um auf die Energie zuzugreifen, die in den Lebensmitteln gespeichert ist, die wir essen, bilden biologische Moleküle Lebensmittel (Kohlenhydrate, Proteineusw.) müssen in Formen zerlegt werden, die der Körper nutzen kann. Dies wird durch die erreicht Verdauungsprozess wo Nahrung abgebaut wird und Nährstoffe vom Blut aufgenommen werden. Während das Blut im Körper zirkuliert, werden Nährstoffe zu den Körperzellen transportiert. Bei der Zellatmung wird die aus der Verdauung gewonnene Glukose zur Energieerzeugung in ihre Bestandteile aufgeteilt. In einer Reihe von Schritten werden Glucose und Sauerstoff in Kohlendioxid (CO) umgewandelt2), Wasser (H.2O) und das hochenergetische Molekül Adenosintriphosphat (ATP). Dabei gebildetes Kohlendioxid und Wasser diffundieren in die die Zellen umgebende interstitielle Flüssigkeit. Von dort CO2 diffundiert in Blutplasma und rote Blutkörperchen. Das dabei erzeugte ATP liefert die Energie, die zur Ausführung normaler zellulärer Funktionen wie Makromolekülsynthese, Muskelkontraktion, Zilien und Flagellen Bewegung und Zellteilung.
Insgesamt werden 38 ATP-Moleküle von produziert Prokaryoten bei der Oxidation eines einzelnen Glucosemoleküls. Diese Zahl wird in Eukaryoten auf 36 ATP-Moleküle reduziert, da bei der Übertragung von NADH auf Mitochondrien zwei ATP verbraucht werden.
Aerobe Atmung tritt nur in Gegenwart von Sauerstoff auf. Wenn die Sauerstoffversorgung niedrig ist, kann nur eine geringe Menge ATP in der Zelle erzeugt werden Zytoplasma durch Glykolyse. Obwohl Pyruvat ohne Sauerstoff nicht in den Krebszyklus oder die Elektronentransportkette gelangen kann, kann es dennoch verwendet werden, um durch Fermentation zusätzliches ATP zu erzeugen. Fermentation ist eine andere Art der Zellatmung, ein chemischer Prozess zum Abbau von Kohlenhydrate in kleinere Verbindungen zur Herstellung von ATP. Im Vergleich zur aeroben Atmung wird bei der Fermentation nur eine geringe Menge ATP produziert. Dies liegt daran, dass Glukose nur teilweise abgebaut wird. Einige Organismen sind fakultative Anaerobier und können sowohl Fermentation (wenn Sauerstoff niedrig oder nicht verfügbar ist) als auch aerobe Atmung (wenn Sauerstoff verfügbar ist) nutzen. Zwei übliche Arten der Fermentation sind die Milchsäurefermentation und die alkoholische (Ethanol) Fermentation. Die Glykolyse ist die erste Stufe in jedem Prozess.
Bei der Milchsäurefermentation werden NADH, Pyruvat und ATP durch Glykolyse hergestellt. NADH wird dann in seine Niedrigenergieform NAD umgewandelt+, während Pyruvat in Laktat umgewandelt wird. NAD+ wird in die Glykolyse zurückgeführt, um mehr Pyruvat und ATP zu erzeugen. Die Milchsäuregärung wird üblicherweise von durchgeführt Muskel Zellen, wenn der Sauerstoffgehalt erschöpft ist. Laktat wird in Milchsäure umgewandelt, die sich während des Trainings in hohen Mengen in den Muskelzellen ansammeln kann. Milchsäure erhöht die Muskelsäure und verursacht ein Brennen, das bei extremer Anstrengung auftritt. Sobald der normale Sauerstoffgehalt wiederhergestellt ist, kann Pyruvat in die aerobe Atmung gelangen und es kann viel mehr Energie erzeugt werden, um die Regeneration zu unterstützen. Eine erhöhte Durchblutung hilft dabei, den Muskelzellen Sauerstoff zuzuführen und Milchsäure aus diesen zu entfernen.
Bei der alkoholischen Fermentation wird Pyruvat in Ethanol und CO umgewandelt2. NAD+ wird auch bei der Umwandlung erzeugt und wird in die Glykolyse zurückgeführt, um mehr ATP-Moleküle zu produzieren. Die alkoholische Gärung erfolgt durch Pflanzen, Hefe und einige Arten von Bakterien. Dieses Verfahren wird zur Herstellung von alkoholischen Getränken, Brennstoffen und Backwaren verwendet.
Wie macht Extremophile wie einige Bakterien und Archäer in Umgebungen ohne Sauerstoff überleben? Die Antwort ist anaerobe Atmung. Diese Art der Atmung erfolgt ohne Sauerstoff und beinhaltet den Verbrauch eines anderen Moleküls (Nitrat, Schwefel, Eisen, Kohlendioxid usw.) anstelle von Sauerstoff. Anders als bei der Fermentation beinhaltet die anaerobe Atmung die Bildung eines elektrochemischen Gradienten durch ein Elektronentransportsystem, das zur Produktion einer Reihe von ATP-Molekülen führt. Anders als bei der aeroben Atmung ist der endgültige Elektronenempfänger ein anderes Molekül als Sauerstoff. Viele anaerobe Organismen sind obligate Anaerobier; Sie führen keine oxidative Phosphorylierung durch und sterben in Gegenwart von Sauerstoff ab. Andere sind fakultative Anaerobier und können auch aerob atmen, wenn Sauerstoff verfügbar ist.