呼吸の種類の紹介
息を吸うと、横隔膜が収縮して肺が膨らみ、胸が上に押し上げられます。息を吐き出すと、横隔膜が弛緩して肺が収縮し、胸が下がります。 ウェットケーキ/ DigitalVisionベクトル/ゲッティイメージズ
外呼吸
環境から酸素を得る 1 つの方法は、外部呼吸または呼吸によるものです。動物生物では、外呼吸のプロセスはさまざまな方法で実行されます。専門性のない動物 臓器 呼吸は、外部組織表面を横切る拡散に依存して酸素を取得します。他の人は、ガス交換に特化した器官を持っているか、完全な器官を持っています 呼吸器系 .などの生物では 線虫 (回虫)、ガスおよび栄養素は、動物の体の表面を横切る拡散によって外部環境と交換されます。昆虫とクモ持ってる 呼吸器官 気管と呼ばれるのに対し、魚にはガス交換の場として鰓があります。
人間とその他 哺乳類 特殊な呼吸器を備えた呼吸器系を持っている ( 肺 ) と組織。人体では、酸素は吸入によって肺に取り込まれ、二酸化炭素は呼気によって肺から排出されます。哺乳類の外呼吸には、呼吸に関連する機械的プロセスが含まれます。これには、横隔膜と付属品の収縮と弛緩が含まれます 筋肉 、呼吸数も同様です。
内呼吸
外部呼吸プロセスは、酸素がどのように得られるかを説明しますが、酸素はどのように到達しますか 体細胞 ?内呼吸には、細胞間でのガスの輸送が含まれます。 血液 そして体組織。体内の酸素 肺 薄く広がっていく 上皮 周囲への肺胞 (気嚢) の 毛細血管 酸素が枯渇した血液を含んでいます。同時に、二酸化炭素は反対方向（血液から肺胞へ）に拡散し、排出されます。酸素が豊富な血液は、 循環系 肺の毛細血管から体の細胞や組織まで。細胞で酸素が取り除かれている間、二酸化炭素が拾われて組織細胞から肺に運ばれています。
細胞呼吸
ATP 産生または細胞呼吸の 3 つのプロセスには、解糖、トリカルボン酸サイクル、および酸化的リン酸化が含まれます。 クレジット: ブリタニカ百科事典/UIG/Getty Images
体内呼吸によって得られた酸素は、 細胞 の 細胞呼吸 .私たちが食べる食品に蓄えられたエネルギーにアクセスするために、食品を構成する生体分子 ( 炭水化物 、 タンパク質 など) 体が利用できる形に分解する必要があります。これは、 消化プロセス 食物が分解され、栄養素が血液に吸収される場所。血液が全身を循環することで、栄養素が体の細胞に運ばれます。細胞呼吸では、消化によって得られたグルコースが、エネルギーを生成するために構成要素に分割されます。一連のステップを経て、グルコースと酸素が二酸化炭素 (CO2) に変換されます。2）、水（H2O)、および高エネルギー分子アデノシン三リン酸 (ATP)。その過程で形成された二酸化炭素と水は、細胞を取り囲む間質液に拡散します。そこから、CO2血漿中に拡散し、 赤血球 .その過程で生成された ATP は、高分子の合成、筋肉の収縮、 繊毛と鞭毛 動き、そして 細胞分裂 .
好気呼吸
CC BY-SA 3.0 ' id='mntl-sc-block-image_2-0-11' />これは、解糖、クレブス回路（クエン酸回路）、電子伝達系を含む好気性細胞呼吸の図です。 レジスフレイ/ウィキメディア・コモンズ/ CC BY-SA 3.0
好気性細胞呼吸 次の 3 つの段階で構成されます。 解糖系 、 クエン酸回路 (クレブス回路)、および酸化的リン酸化を伴う電子伝達。
- 電子伝達系 ミトコンドリア内膜内の一連の電子伝達タンパク質複合体です。 NADHとFADH2クレブス回路で生成された細胞は、電子伝達系でエネルギーを伝達して、陽子と電子を膜間隙に伝達します。膜間スペースの高濃度の水素プロトンは、タンパク質複合体によって利用されます ATPシンターゼ プロトンをマトリックスに戻します。これは、ADP から ATP へのリン酸化のためのエネルギーを提供します。電子輸送と酸化的リン酸化は、34 分子の ATP の形成を説明します。
- ' 肺のしくみ .' 国立心肺血液研究所 、米国保健社会福祉省。
- ロディッシュ、ハーヴィー。 ' 電子輸送と酸化的リン酸化 .' 現在の神経学および神経科学レポート 、米国国立医学図書館、1970 年 1 月 1 日。
- オレン、アハロン。 ' 嫌気呼吸 .' カナダ化学工学ジャーナル 、Wiley-Blackwell、2009 年 9 月 15 日。
合計で、38 の ATP 分子が生成されます。 原核生物 単一のグルコース分子の酸化において。 2 つの ATP が NADH のミトコンドリアへの転送で消費されるため、この数は真核生物では 36 ATP 分子に減少します。
発酵
アルコールおよび乳酸発酵プロセス。 Vtvu/ウィキメディア・コモンズ/CC BY-SA
好気呼吸は、酸素の存在下でのみ起こります。酸素の供給が少ないと、細胞内で少量の ATP しか生成できません 細胞質 解糖によって。ピルビン酸は酸素なしではクレブス回路または電子伝達系に入ることができませんが、発酵によって追加の ATP を生成するために使用できます。 発酵 別のタイプの細胞呼吸であり、分解のための化学プロセスです。 炭水化物 ATPの生産のためのより小さな化合物に。好気呼吸と比較して、発酵では少量の ATP しか生成されません。これは、ブドウ糖が部分的にしか分解されないためです。一部の生物は通性嫌気性菌であり、発酵 (酸素が少ないか利用できない場合) と好気呼吸 (酸素が利用できる場合) の両方を利用できます。発酵の 2 つの一般的なタイプは、乳酸発酵とアルコール (エタノール) 発酵です。解糖は、各プロセスの最初の段階です。
乳酸発酵
乳酸発酵では、NADH、ピルビン酸、および ATP が解糖によって生成されます。その後、NADH は低エネルギー型の NAD に変換されます。+、ピルビン酸は乳酸に変換されます。 NAD+より多くのピルビン酸と ATP を生成するために、解糖系に再循環されます。乳酸発酵は一般的に 筋 酸素レベルが枯渇したときの細胞。乳酸は、運動中に筋肉細胞に高レベルで蓄積できる乳酸に変換されます。乳酸は筋肉の酸性度を高め、極端な運動中に発生する灼熱感を引き起こします.正常な酸素レベルが回復すると、ピルビン酸は好気呼吸に入り、より多くのエネルギーを生成して回復を助けることができます.血流の増加は、筋肉細胞に酸素を供給し、筋肉細胞から乳酸を除去するのに役立ちます.
アルコール発酵
アルコール発酵では、ピルビン酸はエタノールとCOに変換されます2.彼ら+も変換で生成され、解糖系に再循環されて、より多くの ATP 分子が生成されます。アルコール発酵は 植物 、酵母、およびいくつかの種の細菌。このプロセスは、アルコール飲料、燃料、焼き菓子の製造に使用されます。
嫌気呼吸
ビフィズス菌は、消化管に生息するグラム陽性の嫌気性細菌です。 カテリナ・コン/サイエンスフォトライブラリ/ゲッティイメージズ
どうやって 極限環境 いくつかのように バクテリア と 古生物 酸素のない環境で生き残る？答えは嫌気呼吸です。このタイプの呼吸は酸素なしで発生し、酸素の代わりに別の分子 (硝酸塩、硫黄、鉄、二酸化炭素など) を消費します。発酵とは異なり、嫌気性呼吸には、電子伝達系による電気化学的勾配の形成が含まれ、その結果、多数の ATP 分子が生成されます。好気呼吸とは異なり、最終的な電子受容者は酸素以外の分子です。多くの嫌気性生物は偏性嫌気性菌です。それらは酸化的リン酸化を行わず、酸素の存在下で死にます。他のものは通性嫌気性菌であり、酸素が利用できる場合は好気呼吸を行うこともできます。