Il termine “respirazione” si riferisce a due processi separati, entrambi presenti negli esseri viventi e correlati alla generazione di energia. Uno è la respirazione fisiologica, il processo mediante il quale un organismo assorbe ossigeno ed espelle l’anidride carbonica. Il secondo è la respirazione cellulare, una serie di reazioni biochimiche che consentono a una cellula di generare energia.
Respirazione fisiologica
Esistono quattro fasi di questo processo nell’uomo e in altri mammiferi e tracciano il progresso dell’ossigeno dall’inalazione nei polmoni all’assorbimento da parte degli organi interni e di altri tessuti. Copre anche l’espirazione del biossido di carbonio.
ventilazione
Il primo stadio è la ventilazione, in cui l’aria si muove dentro e fuori dagli alveoli dei polmoni. Si tratta di strutture fibrose di collagene che si espandono durante l’inalazione, per assorbire la massima quantità di ossigeno; in caso di espirazione, si contraggono e rilasciano anidride carbonica. Gli alveoli sono presenti solo nei polmoni dei mammiferi; tuttavia, strutture simili esistono in altri animali vertebrati, come rettili e uccelli.
Scambio di gas polmonare
In questa fase, l’ossigeno proveniente dagli alveoli entra nel sistema circolatorio attraverso i capillari polmonari. Gli alveoli e i capillari polmonari sono separati da una barriera spessa solo due cellule; una volta attraversata questa barriera, le molecole di ossigeno si legano all’emoglobina, una proteina speciale, nei globuli rossi.
Trasporto di gas
Il trasporto di gas inizia nei capillari polmonari. In questa fase, l’ossigeno legato all’emoglobina si muove attraverso i vasi sanguigni del sistema circolatorio, entrando infine nei capillari in tutto il corpo. I capillari alimentano organi, ghiandole e altri tessuti, che hanno bisogno di un costante apporto di ossigeno per funzionare.
Scambio di gas periferico
Lo stadio finale è lo scambio di gas periferico, in cui l’ossigeno si sposta dai capillari alle cellule. Ciò accade in modo simile al modo in cui i gas si diffondono tra alveoli e capillari polmonari nei polmoni. I gas di scarico, come l’anidride carbonica escreta dalle cellule, penetrano nei capillari e si spostano attraverso il sistema circolatorio verso i polmoni, dove vengono rilasciati durante l’espirazione.
Altri sistemi fisiologici
La respirazione non è esclusiva degli organismi con polmoni. Ad esempio, nella maggior parte delle specie di pesci si verifica nelle branchie, che consentono agli animali di estrarre ossigeno dall’acqua. Negli anfibi, la maggior parte dello scambio di gas avviene attraverso la pelle; i polmoni forniscono un mezzo per controllare i livelli di ossigeno nel corpo, fungendo da fonte secondaria di ossigeno. Le piante producono ossigeno attraverso la fotosintesi e ne assorbono di più attraverso la diffusione attraverso le loro foglie. Indipendentemente dal processo fisico, tutti questi organismi assorbono ossigeno ed espellono l’anidride carbonica, proprio come fanno i mammiferi.
Respirazione cellulare
L’ossigeno che viene portato ai tessuti attraverso la respirazione fisiologica viene utilizzato in tutte le cellule per il processo biochimico della respirazione cellulare. Questo processo, chiamato anche metabolismo ossidativo, è un insieme di reazioni chimiche, molte delle quali coinvolgono ossigeno, che consentono al corpo di convertire determinate molecole in energia utilizzabile. Nelle cellule animali e vegetali, si verificano reazioni che convertono i nutrienti in una molecola ricca di energia chiamata adenosina trifosfato (ATP).
L’ossigeno è necessario per la respirazione cellulare perché molte reazioni di riduzione dell’ossidazione, chiamate anche reazioni redox, si verificano durante il processo di respirazione. Questo gas è un potente agente ossidante, il che significa che, nelle reazioni chimiche, può prontamente fornire i suoi elettroni disponibili. Questo lo rende molto utile nelle reazioni.
Le reazioni che si verificano sono anche chiamate cataboliche, perché spezzano grandi molecole di nutrienti in più piccole. Queste molecole sono zuccheri, che sono derivati ??dai carboidrati; acidi grassi da grassi alimentari; e aminoacidi, derivati ??dalle proteine. Gli elettroni vengono rilasciati quando i nutrienti vengono decomposti e gli elettroni vengono utilizzati nelle reazioni che producono ATP. Questa molecola ricca di energia viene quindi utilizzata nelle cellule per alimentare quasi tutte le reazioni che si verificano al loro interno.
Respirazione cellulare anaerobica
Negli animali e nelle piante, così come in molte specie batteriche, il tipo di respirazione cellulare che si verifica è aerobico, il che significa semplicemente che utilizza ossigeno. In alcune specie di batteri, la respirazione è anaerobica, il che significa che non utilizza ossigeno. Invece, questi organismi usano molecole come nitrato o zolfo come sostituto. Alcuni si sono persino evoluti al punto da poter vivere solo in ambienti privi di ossigeno.