Solunum, organizmaların vücut hücreleri ve çevre arasında gaz alışverişinde bulunduğu süreçtir. Gönderen prokaryotik bakteri ve Archaeans ökaryotik için protistler mantarlar, bitkiler ve hayvanlar, bütün canlı organizmalar solunum yapmaktadırlar. Solunum, sürecin üç unsurundan herhangi birini ifade edebilir.
İlk olarak, solunum dış solunum veya ventilasyon olarak da adlandırılan nefes alma (inhalasyon ve ekshalasyon) sürecini ifade edebili. İkincisi, solunum, vücut sıvıları (kan ve interstisyel sıvı) ve dokular arasındaki gazların difüzyonu olan iç solunum anlamına gelebilir. Son olarak solunum, biyolojik moleküllerde depolanan enerjinin ATP formunda kullanılabilir enerjiye dönüştürülmesinin metabolik süreçlerine atıfta bulunabilir. Bu işlem, aerobik hücresel solunumda görüldüğü gibi oksijen tüketimini ve karbondioksit üretimini içerebilir veya anaerobik solunum durumunda olduğu gibi oksijen tüketimini içermeyebilir.
Solunum Türleri
Solunum hava ve organizmanın hücreleri arasındaki gaz alışverişi sürecidir. Üç tip solunum şunlardır: iç, dış ve hücresel solunumdur. Dış solunum, solunum sürecidir. Gazların solunması ve ekshalasyonunu içermektedir. İç solunum, kan ve vücut hücreleri arasında gaz alışverişini içermektedir. Hücresel solunum, gıdanın enerjiye dönüştürülmesini içerir. Aerobik solunum, oksijene ihtiyaç duyan, anaerobik solunum gerektirmeyen hücresel bir solunumdurlar.
Solunum Türleri: Dış ve İç
Solunduğunda, diyafram kasılır ve akciğerler genişler, göğsü yukarı doğru itmektedir. Nefes verirken diyafram gevşer ve akciğerler kasılır, göğsü geriye doğru hareket ettirir.
Dış solunum
Ortamdan oksijen elde etmenin bir yolu, harici solunum veya nefes almaktır. Hayvan organizmalarında, dış solunum işlemi birkaç çeşit gerçekleşir. Solunum için uzmanlaşmış organları olmayan hayvanlar, oksijen elde etmek için dış doku yüzeylerinde difüzyona güvenmektedir. Diğerleri ya gaz değişimi için uzmanlaşmış organlara ya da tam bir solunum sistemine sahiptir. Nematodlar (yuvarlak kurtlar) gibi organizmalarda, gazlar ve besinler, hayvan vücudunun yüzeyi boyunca difüzyon yoluyla dış ortamla değiştirilir. Böcekler ve örümcekler, trakea denilen solunum organlarına sahipken, balıklarda gaz alışverişi için solungaçlar bulunur.
İnsanlar ve diğer memeliler, özel solunum organları (akciğerler) ve dokuları olan bir solunum sistemine sahiptirler. İnsan vücudunda solunum yoluyla oksijen akciğerlere alınır ve solunum yoluyla karbondioksit akciğerlerden atılır. Memelilerde dış solunum, solunumla ilgili mekanik süreçleri kapsar. Bu, diyafram ve aksesuar kaslarının kasılmasını ve gevşemesinin yanı sıra solunum hızını içerir.
İç solunum
Dış solunum süreçleri oksijenin nasıl elde edildiğini açıklamaktadır. Peki; oksijen vücut hücrelerine nasıl ulaşmaktadır? İç solunum, kan ve vücut dokuları arasında gazların taşınmasını içermektedir. Akciğerlerdeki oksijen, akciğer alveollerinin (hava keselerinin) ince epitelyumu boyunca oksijeni tükenmiş kan içeren çevredeki kılcal damarlara yayılmaktadır. Aynı zamanda, karbondioksit zıt yönde (kandan akciğer alveollerine) yayılır ve atılır. Oksijen bakımından zengin kan dolaşım sistemi tarafından taşınır, bu taşınma akciğer kılcal damarlarından vücut hücrelerine ve dokularına kadardır. Oksijen hücrelerden düşürülürken, karbondioksit alınır ve doku hücrelerinden akciğerlere taşınır.
Hücresel solunum
İç solunumdan elde edilen oksijen, hücresel solunumdaki hücreler tarafından kullanılır. Yenilen gıdalarda depolanan enerjiye erişmek için, gıdaları oluşturan biyolojik moleküller (karbonhidratlar, proteinler, vb.) Vücudun kullanabileceği formlara ayrılmalıdır. Bu, yiyeceklerin parçalandığı ve besinlerin kana emildiği sindirim süreci ile gerçekleştirilir. Kan vücutta dolaştıkça, besinler vücut hücrelerine taşınır. Hücresel solunumda, sindirimden elde edilen glikoz, enerji üretimi için bileşen parçalarına ayrılır. Bir dizi adımla, glikoz ve oksijen karbondioksite (CO 2) dönüştürülür.), Su (H 2 O), ve yüksek enerji molekülü adenosin trifosfat (ATP). İşlemde oluşan karbondioksit ve su, interstisyel sıvıyı çevreleyen hücrelere dağılmaktadır. Oradan, CO 2 kan plazması ve kırmızı kan hücrelerine yayılır. İşlemde üretilen ATP, makromolekül sentezi, kas kasılması, silia ve flagella hareketi ve hücre bölünmesi gibi normal hücresel işlevleri yerine getirmek için gereken enerjiyi sağlamaktadır.
Aerobik Solunum
Bu, glikoliz, Krebs döngüsü (sitrik asit döngüsü) ve elektron taşıma zincirini içeren aerobik hücresel solunumun diyagramıdır. Aerobik hücresel solunum üç aşamadan oluşur: glikoliz, sitrik asit döngüsü (Krebs Döngüsü) ve oksidatif fosforilasyon ile elektron taşınmasıdır. Glikoliz sitoplazmada meydana gelir ve glikozun piruvata oksidasyonunu veya bölünmesini içerir. İki ATP molekülü ve iki yüksek enerjili NADH molekülü de glikolizde üretilir. Oksijen varlığında, piruvat hücre mitokondrisinin iç matrisine girer ve Krebs döngüsünde daha fazla oksidasyona uğramaktadır.
Krebs Döngüsü: ATP iki ek moleküller CO ile birlikte bu çevrimde üretilen ek protonlar ve elektronlar, ve yüksek enerji moleküllerinin NADH ve FADH’dir. Krebs döngüsünde üretilen elektronlar, mitokondriyal matrisi (iç bölme) zarlar arası boşluktan (dış bölme) ayıran iç zardaki (cristae) kıvrımlar boyunca hareket etmektedirler. Bu, elektron taşıma zinciri pompa hidrojen protonlarının matristen ve zarlar arası boşluğa girmesine yardımcı olan bir elektriksel gradyan yaratır.
Elektron taşıma zinciri, mitokondriyal iç zar içindeki bir dizi elektron taşıyıcı protein kompleksidir. NADH ve FADH 2 arası boşlukta taşıma proton ve elektronlar için elektron taşıma zincirindeki enerji transferi Krebs döngüsü oluşturulur. Membranlar arası boşluktaki yüksek hidrojen proton konsantrasyonu, protonlarımatrise geri taşımakiçin protein kompleksi ATP sentaz tarafından kullanılır. Bu, ADP’nin ATP’ye fosforilasyonu için enerji sağlar. Elektron taşınması ve oksidatif fosforilasyon 34 ATP molekülünün oluşumunu açıklamaktadır. Toplamda 38 ATP molekülü, tek bir glikoz molekülünün oksidasyonunda prokaryotlar tarafından üretilir . NADH’nin mitokondriya transferinde iki ATP tüketildiği için, bu sayı ökaryotlarda 36 ATP molekülüne indirgenmektedir.
Fermantasyon: Aerobik solunum sadece oksijen varlığında ortaya çıkmaktadır. Oksijen tedariki düşük olduğunda, hücre sitoplazmasında glikoliz ile sadece az miktarda ATP üretilebilir. Piruvat, Krebs döngüsüne veya oksijensiz elektron taşıma zincirine giremese de, fermantasyon yoluyla ek ATP üretmek için kullanılabilir. Fermantasyon, karbonhidratların parçalanması için kimyasal bir süreç olan başka bir hücresel solunum türüdür. ATP üretimi için daha küçük bileşiklere dönüştürülür. Aerobik solunumla karşılaştırıldığında, fermantasyonda sadece az miktarda ATP üretilir. Bunun nedeni glikozun sadece kısmen parçalanmasıdır. Bazı organizmalar fakültatif anaeroblardır ve hem fermantasyon (oksijen düşük olduğunda veya mevcut değilken) hem de aerobik solunum (oksijen mevcut olduğunda) kullanabilirler. İki yaygın fermantasyon türü laktik asit fermantasyonu ve alkolik (etanol) fermantasyonudur. Glikoliz her süreçte ilk aşamadır.
Laktik Asit Fermantasyonu: Laktik asit fermantasyonunda, NADH, piruvat ve ATP glikoliz ile üretilir. NADH daha sonra düşük enerji NAD + formuna dönüştürülürken, piruvat laktata dönüştürülür. NAD + , daha fazla piruvat ve ATP oluşturmak için glikoliz içine geri dönüştürülür. Laktik asit fermantasyonu yaygın olarak hücreleri oksijen seviyeleri tükendiğinde kas tarafından yapılır. Laktat, egzersiz sırasında kas hücrelerinde yüksek seviyelerde birikebilen laktik aside dönüştürülür. Laktik asit kas asitliğini arttırır ve aşırı efor sırasında yanma hissine neden olmaktadır. Normal oksijen seviyeleri geri kazanıldığında, piruvat aerobik solunuma girebilir ve iyileşmeye yardımcı olmak için çok daha fazla enerji üretilebilir. Artan kan akışı, kas hücrelerine laktik asidin oksijen verilmesine ve çıkarılmasına yardımcı olur.
Alkollü Fermantasyon: Alkolik fermentasyon olarak, piruvat, etanol ve CO dönüştürülür. 
NAD + ayrıca dönüşümde üretilir ve daha fazla ATP molekülü üretmek için glikolize geri dönüştürülür. Alkolik fermantasyon, bitkiler, maya ve bazı bakteri türleri tarafından gerçekleştirilir. Bu işlem alkollü içecekler, yakıt ve unlu mamullerin üretiminde kullanılır.
Anaerobik Solunum: Ekstremofiller bazı bakterileri ve arkülleri nasıl severler ve oksijensiz ortamlarda nasıl hayatta kalırlar? Bunın cevabı anaerobik solunum iledir. Bu tip solunum oksijen olmadan gerçekleşir ve oksijen yerine başka bir molekülün (nitrat, kükürt, demir, karbondioksit vb.) tüketimini içerir. Fermantasyondan farklı olarak, anaerobik solunum, bir dizi ATP molekülünün üretilmesine yol açan bir elektron taşıma sistemi tarafından bir elektrokimyasal gradyan oluşumunu içerir. Aerobik solunumun aksine, son elektron alıcısı oksijen dışında bir moleküldür. Birçok anaerobik organizma zorunlu anaeroblardır; oksidatif fosforilasyon yapmazlar ve oksijen varlığında ölürler.
Diğerleri fakültatif anaeroblardır ve oksijen mevcut olduğunda aerobik solunum yapabilirler.
Kaynakça:
https://www.thoughtco.com/respiration-definition-and-types-4132422
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu