RESPIRAȚIA

Respirația anaerobă

Este tipul de respirație caracteristic anumitor organisme. Oxidările compușilor organici se fac în lipsa oxigenului molecular (O2). Acest tip de respirație se mai numește și fermentație. Fermentația are ecuația generală: 

Energia obținută este înmagazinată în molecule de acid adenozin-trifosforic (ATP). Prin degradarea unei molecule de glucoză rezultă energie pentru sinteza a două molecule ATP. Acidul piruvic rezultat este un compus instabil și este transformat rapid în alți compuși, mai stabili. În funcție de modul de transformare a acidului piruvic clasificăm fermentațiile astfel:

• Fermentația acetică: acidul piruvic este transformat în alcool etilic și apoi în acid acetic (CH3-COOH). Este folosită de unele microorganisme ca Bacterium acetycum. Acest tip de fermentație este cunoscut sub numele de oțetirea vinului;

• Fermentația alcoolică: acidul piruvic este transformat în alcool etilic (CH3-CH2-OH) și bioxid de carbon (CO2). Este caracteristică unor microorganisme diverse, dintre cele mai cunoscute sunt drojdiile. Zaccharomyces cerevisiae (drojdia-de-bere) este folosită pe scară largă atât în industria băuturilor alcoolice (datorită alcoolului etilic pe care-l produce prin fermentație) cât și în brutărie și patiserie (datorită CO2 pe care-l produce prin fermentație și care asigură dospirea aluatului);

• Fermentația lactică: acidul piruvic este transformat în acid lactic (CH3-CH(OH)-COOH). Procesul este produs de numeroase genuri de bacterii, dintre care cele mai cunoscute sunt Lactobacillus, Lactobacterium, Streptoccocus etc. Acest tip de fermentație are importanță practică în industria laptelui, iaurturilor, brânzeturilor precum și în obținerea legumelor murate. Un aspect interesant al acestei fermentații este că apare și în mușchii suprasolicitați ai omului, datorită capacității fibrelor musculare de a respira în "datorie de oxigen". Acidul lactic acumulat în mușchi irită terminațiile nervoase de la acest nivel și astfel apar durerile asociate cu febra musculară;

• Fermentația butirică: acidul piruvic este transformat în acid butiric (CH3-CH2-CH2-COOH). Este caracteristică unor bacterii din genul Clostridium, iar importanța practică este în obținerea unor compuși necesari pentru lacuri și vopsele.

Respirația aerobă

Este tipul de respirație care folosește oxigenul molecular (O2) pentru procesele de degradare oxidativă a compușilor organici. Organismele care respiră aerob au, în celule, organite citoplasmatice numite mitocondrii (vezi Celula pentru mai multe informații despre mitocondrii). În interiorul mitocondriilor au loc cele două faze ale degradării oxidative:

1. Glicoliza: este o etapă anaerobă în care glucoza este degradată la acid piruvic (asemănător fermentațiilor) și energie. Energia este stocată în ATP:

glucoză → acid piruvic + energie;

acid piruvic + coA (coenzima A) → acetil-coA (acetil-coenzima A)

Acest proces are loc în interiorul citoplasmei celulei, iar acetil-coenzima A este transportată în mitocondrii unde intră în ciclul Krebs;

2. Ciclul Krebs: se mai numește ciclul acizilor tricarboxilici sau ciclul acidului citric. Este un ciclu de 10 reacții chimice consecutive în care intră acetil coenzima A și rezultă CO2, H+ și energie. Cantitatea de energie obținută din ciclul Krebs este foarte mare, dintr-o moleculă de glucoză se pot obține 38 de molecule de ATP (acid adenozin trifosforic). Schematic, ciclul celor 10 reacții poate fi arătat astfel: 

Respirația la plante

Plantele respiră aerob, în toate celulele lor. Nu au sisteme respiratorii, deoarece nu au atât de multă nevoie de energie ca animalele. Energia pe care o obțin în fiecare celulă le ajunge pentru activitățile lor metabolice. La plante respirația este strâns conectată cu fotosinteza, astfel încât oxigenul necesar respirației este furnizat de etapa ciclului Calvin a fotosintezei (vezi structura cloroplastelor.). Ostiolele stomatelor și țesutul lacunar din frunză facilitează pătrunderea aerului în interiorul plantelor.

Respirația la om

Omul respiră pulmonar, având un sistem respirator bine dezvoltat, adaptat nevoilor energetice specifice speciei umane. Sistemul respirator la om este alcătuit din căi aeriene și plămâni.

Căile aeriene

Sunt un sistem de tuburi prin care aerul circulă spre și dinspre plămâni. Sunt captușite cu mucoase care le mențin în permanență umede, astfel încât aerul care pătrunde spre plămâni să fie în permanență umezit, curățat și încălzit. Dinspre superior spre inferior deosebim:

Plămânii

Mișcările respiratorii

Traficul de aer prin plămâni se realizează cu ajutorul mișcării acestora. Cei doi plămâni sunt acoperiți de o structură numită pleură alcătuită din două foițe, una externă, care aderă strâns la pereții interni ai cavității toracice și una internă, care aderă strâns la plămâni. Între cele două foițe se află o lamă de lichid pleural. Când se contractă mușchiul diafragm cavitatea toracică se mărește, se mărește și volumul plămânilor și se crează, în interiorul acestora, o presiune negativă care aspiră aerul în interior. Procesul poartă numele de inspirație. La relaxarea diafragmului și a mușchilor intercostali volumul toracelui revine la valoarea inițială și aerul este împins afară din plămâni. Acest proces se numește expirație.

Volumele respiratorii

O inspirație obișnuită introduce în plămâni un volum de aproximativ 500 ml de aer. Acesta se numește volum curent (VC). O inspirație forțată (umplerea plămânilor cu aer) introduce în plămâni un volum suplimentar de 1500-2000 de ml de aer, volum numit volum inspirator de rezervă (VIR). O expirație forțată, care urmează unei expirații obișnuite (golirea plămânilor de aer) scoate din plămâni un volum de 1000- 1200 de ml de aer, volum numit volum expirator de rezerva (VER). Suma acestor volume poartă numele de capacitate vitală (CV). Nici după o expirație forțată plămânii nu se golesc complet de aer, ci în ei rămân aproximativ 1500 de ml, volum numit volum rezidual (VR). Suma între capacitatea vitală și volumul rezidual reprezintă capacitate pulmonară totală (CPT).