Ви, напевно, знаєте, що дихання необхідно для того, щоб в організм з повітрям надходив кисень, необхідний для життя, а при видиху організм виділяє назовні вуглекислий газ.
Дихає все живе - і тварини, і птахи, і рослини.
А навіщо живим організмам так необхідний кисень, що без нього неможливе життя? І звідки в клітинах береться вуглекислий газ, від якого організму потрібно постійно звільнятися?
Справа в тому, що кожна клітинка живого організму являє собою маленьке, але дуже активне біохімічне виробництво. А ви знаєте, що ніяке виробництво неможливо без енергії. Всі процеси, які протікають в клітинах і тканинах, протікають зі споживанням великої кількості енергії.
Звідки ж вона береться?
З їжею, яку ми їмо, - з вуглеводів, жирів і білків. У клітинах ці речовини окислюються. Найчастіше ланцюгперетворень складних речовин призводить до утворення універсального джерела енергії - глюкози. В результаті окислення глюкози вивільняється енергія. Ось для окислення якраз і потрібен кисень. Енергію, яка вивільняється в результаті цих реакцій, клітина запасає у вигляді особливих високоенергетичних молекул - вони, як батарейки, або акумулятори, віддають енергію за потребою. А кінцевим продуктом окислення поживних речовин є вода і вуглекислий газ, який видаляються з організму: з клітин він надходить в кров, яка переносить вуглекислий газ в легені, і там він виводиться назовні в процесі видиху. За одну годину через легені людина виділяє від 5 до 18 літрів вуглекислого газу і до 50 грамів води.
Високоенергетичні молекули, які є "паливом" для біохімічних процесів, називаються АТФ - аденозинтрифосфорная кислота. У людини тривалість життя однієї молекули АТФ становить менше 1 хвилини. Людський організм синтезує близько 40 кг АТФ в день, але при цьому вся вона практично відразу витрачається, і запасу АТФ в організмі практично не створюється. Для нормальної життєдіяльності необхідно постійно синтезувати нові молекули АТФ. Ось чому без надходження кисню живий організм може прожити максимум кілька хвилин.
А чи бувають живі організми, які не потребують кисні?
Так, бувають. Такі організми називаються анаеробними (грец. "Ан" - відсутність, "аеро" - повітря), на противагу аеробам - тим організмам, які не можуть жити без кисню. До анаеробам відносяться організми, які живуть в середовищі, позбавленої кисню - багато бактерії, деякі гриби, водорості і деякі тварини, наприклад, практично всі гельмінти (т. Е. Глисти - паразитні черви). Частина анаеробів вміє "переключатися" з анаеробного типу дихання на аеробний - вони називаються факультативними анаеробами; а частина взагалі не переносить кисню, гине від його присутності - це облігатні анаероби (наприклад, збудник правця - правцева паличка).
З процесами анаеробного дихання знаком кожен з нас! Так, бродіння тіста або квасу - це приклад анаеробного процесу, здійснюваного дріжджами: вони окислюють глюкозу до етанолу (спирту); процес скисання молока - це результат роботи молочнокислих бактерій, які здійснюють молочнокисле бродіння - перетворюють молочний цукор лактозу в молочну кислоту.
Навіщо потрібно кисневе дихання, якщо є бескислородное?
Потім, що аеробне окислення в рази ефективніше, ніж анаеробне. Порівняйте: в процесі анаеробного розщеплення однієї молекули глюкози утворюється всього 2 молекули АТФ, а в результаті аеробного розпаду молекули глюкози утворюється 38 молекул АТФ! Для складних організмів з високою швидкістю і інтенсивністю обмінних процесів анаеробного дихання просто не вистачить для підтримки життя - так електронна іграшка, якій для роботи потрібно 3-4 батарейки, просто не включиться, якщо в неї вставити тільки одну батарейку.
А в клітинах людського організму можливо бескислородное дихання?
Звичайно! Перший етап розпаду молекули глюкози, який називається гликолизом, проходить без присутності кисню. Гліколіз - це процес, загальний практично для всіх живих організмів. У процесі гліколізу утворюється піровиноградна кислота (піруват). Саме вона відправляється по шляху подальших перетворень, що призводять до синтезу АТФ як при кисневому, так і бескислородном диханні.
Так, в м'язах запаси АТФ дуже малі - їх вистачає тільки на 1-2 секунди м'язової роботи. Якщо м'язі необхідна короткочасна, але активна діяльність, першим в ній мобілізується анаеробне дихання - воно швидше активується і дає енергію приблизно на 90 секунд активної роботи м'яза. Якщо ж м'яз активно працює більше двох хвилин, то підключається аеробне дихання: при ньому виробництво АТФ відбувається повільно, але енергії воно дає досить, щоб підтримувати фізичну активність протягом тривалого часу (до декількох годин).