Une introduction aux types de respiration
Lors de l'inspiration, le diaphragme se contracte et les poumons se dilatent, poussant la poitrine vers le haut. Lors de l'expiration, le diaphragme se détend et les poumons se contractent, ramenant la poitrine vers le bas. gâteau mouillé/DigitalVision Vectors/Getty Images
Respiration externe
Une méthode pour obtenir de l'oxygène de l'environnement est par la respiration externe ou la respiration. Dans les organismes animaux, le processus de respiration externe s'effectue de différentes manières. Des animaux qui manquent de spécialisation organes pour la respiration, il faut compter sur la diffusion à travers les surfaces externes des tissus pour obtenir de l'oxygène. D'autres ont soit des organes spécialisés dans les échanges gazeux, soit un système complet système respiratoire . Dans des organismes tels que nématodes (vers ronds), les gaz et les nutriments sont échangés avec l'environnement extérieur par diffusion à travers la surface du corps de l'animal. Insectes etaraignéesont organes respiratoires appelées trachées, tandis que les poissons ont des branchies comme sites d'échange de gaz.
Humains et autres mammifères avoir un système respiratoire avec des organes respiratoires spécialisés ( poumons ) et des tissus. Dans le corps humain, l'oxygène est aspiré dans les poumons et le dioxyde de carbone est expulsé des poumons par l'expiration. La respiration externe chez les mammifères englobe les processus mécaniques liés à la respiration. Cela inclut la contraction et la relaxation du diaphragme et de l'accessoire muscles , ainsi que le rythme respiratoire.
Respiration interne
Les processus respiratoires externes expliquent comment l'oxygène est obtenu, mais comment l'oxygène parvient-il à cellules du corps ? La respiration interne implique le transport de gaz entre les du sang et les tissus du corps. L'oxygène dans le poumons diffuse à travers la mince épithélium des alvéoles pulmonaires (sacs aériens) dans les environs capillaires contenant du sang appauvri en oxygène. Dans le même temps, le gaz carbonique diffuse en sens inverse (du sang vers les alvéoles pulmonaires) et est expulsé. Le sang riche en oxygène est transporté par le système circulatoire des capillaires pulmonaires aux cellules et tissus du corps. Pendant que l'oxygène est évacué des cellules, le dioxyde de carbone est capté et transporté des cellules tissulaires vers les poumons.
Respiration cellulaire
Les trois processus de production d'ATP ou de respiration cellulaire comprennent la glycolyse, le cycle de l'acide tricarboxylique et la phosphorylation oxydative. Crédit : Encyclopaedia Britannica/UIG/Getty Images
L'oxygène obtenu à partir de la respiration interne est utilisé par cellules dans respiration cellulaire . Afin d'accéder à l'énergie stockée dans les aliments que nous consommons, les molécules biologiques composant les aliments ( les glucides , protéines , etc.) doivent être décomposées en formes utilisables par le corps. Ceci est accompli grâce à la processus digestif où la nourriture est décomposée et les nutriments sont absorbés dans le sang. Lorsque le sang circule dans tout le corps, les nutriments sont transportés vers les cellules du corps. Dans la respiration cellulaire, le glucose issu de la digestion est divisé en ses éléments constitutifs pour la production d'énergie. Grâce à une série d'étapes, le glucose et l'oxygène sont convertis en dioxyde de carbone (COdeux), l'eau (HdeuxO) et la molécule à haute énergie adénosine triphosphate (ATP). Le dioxyde de carbone et l'eau formés au cours du processus diffusent dans le liquide interstitiel entourant les cellules. À partir de là, COdeuxdiffuse dans le plasma sanguin et des globules rouges . L'ATP généré au cours du processus fournit l'énergie nécessaire à l'exécution de fonctions cellulaires normales, telles que la synthèse de macromolécules, la contraction musculaire, cils et flagelles mouvement, et la division cellulaire .
Respiration aérobie
CC BY-SA 3.0 ' id='mntl-sc-block-image_2-0-11' />Il s'agit d'un diagramme de la respiration cellulaire aérobie comprenant la glycolyse, le cycle de Krebs (cycle de l'acide citrique) et la chaîne de transport d'électrons. RégisFrey/Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0
Respiration cellulaire aérobie se compose de trois étapes : glycolyse , le cycle de l'acide citrique (Cycle de Krebs) et transport d'électrons avec phosphorylation oxydative.
- La chaîne de transport d'électrons est une série de complexes de protéines porteuses d'électrons dans la membrane interne mitochondriale. NADH et FADHdeuxgénérés dans le cycle de Krebs transfèrent leur énergie dans la chaîne de transport d'électrons pour transporter les protons et les électrons vers l'espace intermembranaire. La forte concentration de protons d'hydrogène dans l'espace intermembranaire est utilisée par le complexe protéique ATP synthétase pour ramener les protons dans la matrice. Cela fournit l'énergie nécessaire à la phosphorylation de l'ADP en ATP. Le transport d'électrons et la phosphorylation oxydative expliquent la formation de 34 molécules d'ATP.
- ' Comment fonctionnent les poumons .' Institut national du cœur, des poumons et du sang , Département américain de la santé et des services sociaux,.
- Lodish, Harvey. ' Transport d'électrons et phosphorylation oxydative .' Rapports actuels sur la neurologie et les neurosciences , Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis, 1er janvier 1970, .
- Oren, Aaron. ' Respiration anaérobie .' La Revue canadienne de génie chimique , Wiley-Blackwell, 15 septembre 2009.
Au total, 38 molécules d'ATP sont produites par procaryotes dans l'oxydation d'une seule molécule de glucose. Ce nombre est réduit à 36 molécules d'ATP chez les eucaryotes, car deux ATP sont consommés lors du transfert du NADH vers les mitochondries.
Fermentation
Procédés de fermentation alcoolique et lactate. Vtvu/Wikimedia Commons/CC BY-SA
La respiration aérobie ne se produit qu'en présence d'oxygène. Lorsque l'apport d'oxygène est faible, seule une petite quantité d'ATP peut être générée dans la cellule cytoplasme par glycolyse. Bien que le pyruvate ne puisse pas entrer dans le cycle de Krebs ou la chaîne de transport d'électrons sans oxygène, il peut toujours être utilisé pour générer de l'ATP supplémentaire par fermentation. Fermentation est un autre type de respiration cellulaire, un processus chimique de dégradation des les glucides en composés plus petits pour la production d'ATP. Par rapport à la respiration aérobie, seule une petite quantité d'ATP est produite lors de la fermentation. En effet, le glucose n'est que partiellement décomposé. Certains organismes sont des anaérobies facultatifs et peuvent utiliser à la fois la fermentation (lorsque l'oxygène est faible ou indisponible) et la respiration aérobie (lorsque l'oxygène est disponible). Deux types courants de fermentation sont la fermentation lactique et la fermentation alcoolique (éthanol). La glycolyse est la première étape de chaque processus.
Fermentation lactique
Dans la fermentation lactique, le NADH, le pyruvate et l'ATP sont produits par glycolyse. NADH est ensuite converti en sa forme basse énergie NAD+, tandis que le pyruvate est converti en lactate. NAD+est recyclé dans la glycolyse pour générer plus de pyruvate et d'ATP. La fermentation lactique est généralement réalisée par le muscle cellules lorsque les niveaux d'oxygène s'épuisent. Le lactate est converti en acide lactique qui peut s'accumuler à des niveaux élevés dans les cellules musculaires pendant l'exercice. L'acide lactique augmente l'acidité musculaire et provoque une sensation de brûlure qui se produit lors d'efforts extrêmes. Une fois que les niveaux d'oxygène normaux sont rétablis, le pyruvate peut entrer dans la respiration aérobie et beaucoup plus d'énergie peut être générée pour aider à la récupération. L'augmentation du flux sanguin aide à fournir de l'oxygène et à éliminer l'acide lactique des cellules musculaires.
Fermentation Alcoolique
Dans la fermentation alcoolique, le pyruvate est converti en éthanol et en COdeux. ELLES OU ILS+est également généré lors de la conversion et est recyclé dans la glycolyse pour produire plus de molécules d'ATP. La fermentation alcoolique est réalisée par végétaux , levure et certaines espèces de bactéries. Ce processus est utilisé dans la production de boissons alcoolisées, de carburant et de produits de boulangerie.
Respiration anaérobie
Les bifidobactéries sont des bactéries anaérobies à Gram positif qui vivent dans le tractus gastro-intestinal. KATERYNA KON/Bibliothèque de photos scientifiques/Getty Images
Comment faire extrêmophiles comme certains bactéries et archéens survivre dans des environnements sans oxygène ? La réponse est par la respiration anaérobie. Ce type de respiration se produit sans oxygène et implique la consommation d'une autre molécule (nitrate, soufre, fer, dioxyde de carbone, etc.) à la place de l'oxygène. Contrairement à la fermentation, la respiration anaérobie implique la formation d'un gradient électrochimique par un système de transport d'électrons qui entraîne la production d'un certain nombre de molécules d'ATP. Contrairement à la respiration aérobie, le destinataire final des électrons est une molécule autre que l'oxygène. De nombreux organismes anaérobies sont des anaérobies obligatoires; ils n'effectuent pas de phosphorylation oxydative et meurent en présence d'oxygène. D'autres sont des anaérobies facultatifs et peuvent également effectuer une respiration aérobie lorsque l'oxygène est disponible.