Respiration est le processus par lequel les organismes échangent des gaz entre leurs cellules du corps et l'environnement. De bactéries procaryotes et archées à eucaryote les protistes, champignons, les plantes, et animaux, tous les organismes vivants subissent une respiration. La respiration peut se référer à l'un des trois éléments du processus.
Premier, la respiration peut se référer à la respiration externe ou au processus de respiration (inspiration et expiration), également appelé ventilation. Deuxièmement, la respiration peut se référer à la respiration interne, qui est la la diffusion des gaz entre les fluides corporels (du sang et liquide interstitiel) et tissus. finalement, la respiration peut se référer aux processus métaboliques de conversion de l'énergie stockée dans molécules biologiques à l'énergie utilisable sous forme d'ATP. Ce processus peut impliquer la consommation d'oxygène et la production de dioxyde de carbone, comme on le voit dans l'aérobie respiration cellulaire
, ou peut ne pas impliquer la consommation d'oxygène, comme dans le cas de la respiration anaérobie.Une méthode pour obtenir de l'oxygène de l'environnement est la respiration externe ou la respiration. Dans les organismes animaux, le processus de respiration externe s'effectue de différentes manières. Animaux peu spécialisés organes la respiration dépend de la diffusion à travers les surfaces tissulaires externes pour obtenir de l'oxygène. D'autres ont soit des organes spécialisés dans l'échange de gaz, soit système respiratoire. Dans des organismes tels que nématodes (vers ronds), les gaz et les nutriments sont échangés avec l'environnement extérieur par diffusion à la surface du corps de l'animal. Insectes et les araignées avoir organes respiratoires appelé trachée, 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 les tissus. Dans le corps humain, l'oxygène est aspiré dans les poumons par inhalation et le dioxyde de carbone est expulsé des poumons par expiration. La respiration externe chez les mammifères englobe les processus mécaniques liés à la respiration. Cela comprend la contraction et la relaxation du diaphragme et de l'accessoire muscles, ainsi que la fréquence respiratoire.
Les processus respiratoires externes expliquent comment l’oxygène est obtenu, mais comment cellules du corps? La respiration interne implique le transport de gaz entre les du sang et les tissus corporels. L'oxygène dans le poumons diffuse à travers le mince épithélium des alvéoles pulmonaires (sacs aériens) dans les capillaires contenant du sang appauvri en oxygène. En même temps, le dioxyde de carbone diffuse dans la direction opposée (du sang aux 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 déposé dans les cellules, le dioxyde de carbone est capté et transporté des cellules tissulaires aux poumons.
L'oxygène issu 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,) doit être décomposé en formes que le corps peut utiliser. Ceci est accompli grâce au processus digestif où la nourriture est décomposée et les nutriments sont absorbés dans le sang. Comme 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 (CO2), eau (H2O) et la molécule de haute énergie adénosine triphosphate (ATP). Le dioxyde de carbone et l'eau formés au cours du processus se diffusent dans le liquide interstitiel entourant les cellules. De là, CO2 diffuse dans le plasma sanguin et des globules rouges. L'ATP généré dans le processus fournit l'énergie nécessaire pour effectuer des fonctions cellulaires normales, telles que la synthèse des macromolécules, la contraction musculaire, cils et flagelles mouvement, et la division cellulaire.
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 dans le transfert de NADH vers les mitochondries.
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 pour la dégradation de les glucides en plus petits composés pour la production d'ATP. Par rapport à la respiration aérobie, seule une petite quantité d'ATP est produite par 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 non disponible) et la respiration aérobie (lorsque l'oxygène est disponible). La fermentation à l'acide lactique et la fermentation alcoolique (éthanol) sont deux types de fermentation courants. La glycolyse est la première étape de chaque processus.
Dans la fermentation de l'acide lactique, le NADH, le pyruvate et l'ATP sont produits par glycolyse. Le NADH est ensuite converti en sa forme basse énergie NAD+, tandis que le pyruvate est converti en lactate. NAD+ est recyclé en glycolyse pour générer plus de pyruvate et d'ATP. La fermentation de l'acide lactique est généralement effectuée par 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 survient lors d'un effort extrême. 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 débit sanguin aide à fournir de l'oxygène et à éliminer l'acide lactique des cellules musculaires.
En fermentation alcoolique, le pyruvate est converti en éthanol et CO2. NAD+ est également généré lors de la conversion et est recyclé en glycolyse pour produire plus de molécules d'ATP. La fermentation alcoolique est effectuée par les plantes, levure et certaines espèces de bactéries. Ce processus est utilisé dans la production de boissons alcoolisées, de carburant et de produits de boulangerie.
Comment les extrémophiles comme certains les bactéries et archées 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.) au lieu 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 se traduit par la production d'un certain nombre de molécules d'ATP. Contrairement à la respiration aérobie, le dernier récepteur d'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.