Respiración es el proceso en el cual los organismos intercambian gases entre sus células del cuerpo y el medio ambiente Desde bacterias procariotas y arqueanos a eucariota protistas, hongos, plantasy animales, todos los organismos vivos se someten a respiración. La respiración puede referirse a cualquiera de los tres elementos del proceso.
primero, la respiración puede referirse a la respiración externa o al proceso de respiración (inhalación y exhalación), también llamado ventilación. En segundo lugar, la respiración puede referirse a la respiración interna, que es el difusión de gases entre fluidos corporales (sangre y líquido intersticial) y tejidos. Finalmente, la respiración puede referirse a los procesos metabólicos de convertir la energía almacenada en moléculas biológicas a energía utilizable en forma de ATP. Este proceso puede implicar el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, como se ve en aerobic respiración celular, o puede no implicar el consumo de oxígeno, como en el caso de la respiración anaeróbica.
Un método para obtener oxígeno del medio ambiente es a través de la respiración externa o la respiración. En organismos animales, el proceso de respiración externa se realiza de varias maneras diferentes. Animales que carecen de especialidad órganos para la respiración, confíe en la difusión a través de las superficies externas del tejido para obtener oxígeno. Otros tienen órganos especializados para el intercambio de gases o tienen sistema respiratorio. En organismos como nematodos (lombrices intestinales), los gases y nutrientes se intercambian con el ambiente externo por difusión a través de la superficie del cuerpo del animal. Insectos y arañas tener órganos respiratorios llamadas tráqueas, mientras que los peces tienen branquias como sitios para el intercambio de gases.
Humanos y otros mamíferos tiene un sistema respiratorio con órganos respiratorios especializados (livianos) y tejidos. En el cuerpo humano, el oxígeno se lleva a los pulmones por inhalación y el dióxido de carbono se expulsa de los pulmones por exhalación. La respiración externa en mamíferos abarca los procesos mecánicos relacionados con la respiración. Esto incluye la contracción y relajación del diafragma y el accesorio. músculos, así como la frecuencia respiratoria.
Los procesos respiratorios externos explican cómo se obtiene el oxígeno, pero cómo llega el oxígeno a células del cuerpo? La respiración interna implica el transporte de gases entre sangre y tejidos corporales. Oxígeno dentro de livianos se difunde a través de la delgada epitelio de alvéolos pulmonares (sacos de aire) en los alrededores capilares que contiene sangre empobrecida en oxígeno. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono se difunde en la dirección opuesta (desde la sangre hasta los alvéolos pulmonares) y se expulsa. La sangre rica en oxígeno es transportada por el sistema circulatorio desde capilares pulmonares hasta células y tejidos corporales. Mientras el oxígeno se deposita en las células, el dióxido de carbono se recoge y transporta de las células de los tejidos a los pulmones.
El oxígeno obtenido de la respiración interna es utilizado por células en respiración celular. Para acceder a la energía almacenada en los alimentos que comemos, las moléculas biológicas que componen los alimentos (carbohidratos, proteínas, etc.,) se deben descomponer en formas que el cuerpo pueda utilizar. Esto se logra a través de proceso digestivo donde la comida se descompone y los nutrientes se absorben en la sangre. A medida que la sangre circula por todo el cuerpo, los nutrientes se transportan a las células del cuerpo. En la respiración celular, la glucosa obtenida de la digestión se divide en sus partes constituyentes para la producción de energía. A través de una serie de pasos, la glucosa y el oxígeno se convierten en dióxido de carbono (CO2), agua (H2O), y la molécula de alta energía adenosina trifosfato (ATP). El dióxido de carbono y el agua formados en el proceso se difunden en el líquido intersticial que rodea las células. A partir de ahí, CO2 se difunde en plasma sanguíneo y las células rojas de la sangre. El ATP generado en el proceso proporciona la energía necesaria para realizar funciones celulares normales, como la síntesis de macromoléculas, la contracción muscular, cilios y flagelos movimiento, y división celular.
En total, 38 moléculas de ATP son producidas por procariotas en la oxidación de una sola molécula de glucosa. Este número se reduce a 36 moléculas de ATP en eucariotas, ya que se consumen dos ATP en la transferencia de NADH a las mitocondrias.
La respiración aeróbica solo ocurre en presencia de oxígeno. Cuando el suministro de oxígeno es bajo, solo se puede generar una pequeña cantidad de ATP en la célula citoplasma por glucólisis Aunque el piruvato no puede entrar en el ciclo de Krebs o en la cadena de transporte de electrones sin oxígeno, aún puede usarse para generar ATP adicional por fermentación. Fermentación es otro tipo de respiración celular, un proceso químico para la descomposición de carbohidratos en compuestos más pequeños para la producción de ATP. En comparación con la respiración aeróbica, solo se produce una pequeña cantidad de ATP en la fermentación. Esto se debe a que la glucosa solo se descompone parcialmente. Algunos organismos son anaerobios facultativos y pueden utilizar tanto la fermentación (cuando el oxígeno es bajo o no está disponible) como la respiración aeróbica (cuando hay oxígeno disponible). Dos tipos comunes de fermentación son la fermentación de ácido láctico y la fermentación alcohólica (etanol). La glucólisis es la primera etapa en cada proceso.
En la fermentación de ácido láctico, la glucólisis produce NADH, piruvato y ATP. NADH luego se convierte en su forma de baja energía NAD+, mientras que el piruvato se convierte en lactato. NAD+ se recicla nuevamente en la glucólisis para generar más piruvato y ATP. La fermentación de ácido láctico se realiza comúnmente por músculo células cuando los niveles de oxígeno se agotan. El lactato se convierte en ácido láctico que puede acumularse a altos niveles en las células musculares durante el ejercicio. El ácido láctico aumenta la acidez muscular y causa una sensación de ardor que ocurre durante el esfuerzo extremo. Una vez que se restablecen los niveles normales de oxígeno, el piruvato puede ingresar a la respiración aeróbica y se puede generar mucha más energía para ayudar en la recuperación. El aumento del flujo sanguíneo ayuda a administrar oxígeno y eliminar el ácido láctico de las células musculares.
En la fermentación alcohólica, el piruvato se convierte en etanol y CO.2. NAD+ También se genera en la conversión y se recicla nuevamente en la glucólisis para producir más moléculas de ATP. La fermentación alcohólica se realiza por plantas, levadura y algunas especies de bacterias. Este proceso se utiliza en la producción de bebidas alcohólicas, combustible y productos horneados.
Como hacer extremófilos como algunos bacterias y arqueanos sobrevivir en ambientes sin oxígeno? La respuesta es por respiración anaeróbica. Este tipo de respiración ocurre sin oxígeno e implica el consumo de otra molécula (nitrato, azufre, hierro, dióxido de carbono, etc.) en lugar de oxígeno. A diferencia de la fermentación, la respiración anaeróbica implica la formación de un gradiente electroquímico por un sistema de transporte de electrones que da como resultado la producción de una serie de moléculas de ATP. A diferencia de la respiración aeróbica, el receptor final de electrones es una molécula distinta del oxígeno. Muchos organismos anaerobios son anaerobios obligados; no realizan fosforilación oxidativa y mueren en presencia de oxígeno. Otros son anaerobios facultativos y también pueden realizar respiración aeróbica cuando hay oxígeno disponible.