היכן מתרחשת נשימה?

התגובה הכימית הנקראת נשימה חיונית לצמיחה, תיקון והישרדות של כל היצורים החיים. הנשימה מתרחשת בתאים של צמחים, בעלי חיים ובני אדם, בעיקר בתוך המיטוכונדריה, הנמצאים בציטופלזמה של התא. האנרגיה המשתחררת במהלך הנשימה משמשת את הצמחים לייצור חומצות אמינו, ועל ידי בעלי חיים ובני אדם לכווץ את שריריהם בכדי לאפשר להם לנוע. אל תבלבלו בין נשימה לנשימה. הנשימה משחררת אנרגיה, בעוד הנשימה היא זרם האוויר לריאותינו ומחוצה לה.

רוב העבודה מאחורי הנשימה מתרחשת במיטוכונדריה של תאים. המולקולה העשירה באנרגיה אדנוזין טריפוספט (ATP) מיוצרת במיטוכונדריה תוך שימוש באנרגיה מהשמש (לצמחים) או ממזון (לבעלי חיים ובני אדם). בכל התאים החיים יש מיטוכונדריה, חלקן יותר מאחרות. בתאי השומן יש מיטוכונדריה רבות מכיוון שהם אוגרים כמויות גדולות של אנרגיה. בתאי שריר יש גם מיטוכונדריה רבות מכיוון שהם צריכים להגיב במהירות כדי לשחרר אנרגיה כשהגוף זקוק לה.

הנשימה בצמחים מתרחשת לצד תגובה כימית אחרת, פוטוסינתזה. צמחים הם אוטוטרופים, כלומר הם מכינים בעצמם את המזון שלהם באמצעות פחמן דו חמצני, מים ואנרגיה מהשמש. במהלך הפוטוסינתזה, צמח לוקח פחמן דו חמצני מהאוויר ומים מסביבתו דרך חורים זעירים בעלים, פרחים, גבעולים, שורשים וענפים. אנרגיה מהשמש גורמת לתגובה כימית במיטוכונדריה המפרקת את מולקולות הפחמן הדו-חמצני והמים ומשלבת אותן מחדש כדי ליצור סוכר (גלוקוז) וגז חמצן. הנשימה זקוקה לנקודת מוצא לגלוקוז. הוא משתמש בגלוקוז שנוצר על ידי פוטוסינתזה ולוקח חמצן מהאוויר כדי לשחרר אנרגיה.

נשימה אירובית מתרחשת כל הזמן בתוך כל היצורים החיים. סוג זה של נשימה משתמש בחמצן וגלוקוז כדי לייצר פחמן דו חמצני ומים כפסולת ולשחרר כמויות גדולות של אנרגיה. צמחים מאחסנים גלוקוז כעמילן, אך בני אדם ובעלי חיים מאחסנים אותו כגליקוגן, המומר חזרה לגלוקוז לשימוש במהלך פעילות גופנית כאשר תאי השריר מגיבים יותר ממה שהם עושים במנוחה.

במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוהה, בני אדם ובעלי חיים מסתמכים על נשימה אנאירובית כדי להשיג כמויות קטנות של אנרגיה כדי לתדלק את תנועת השרירים. כמו נשימה אירובית, נשימה אנאירובית מתרחשת בתאים, אך הגלוקוז לא מתפרק לחלוטין. מוצר הפסולת הוא חומצה לקטית, לא פחמן דו חמצני ומים. דם שזורם דרך השרירים מסיר את חומצת החלב. ישנם תאים צמחיים ומיקרואורגניזמים המשתמשים גם בנשימה אנאירובית. לדוגמא, בישול והכנת לחם משתמשים בנשימה אנאירובית בשמרים. התאים נוטלים גלוקוז ומייצרים אתנול (אלכוהול) ופחמן דו חמצני. הנשימה האירובית ביותר מתרחשת במיטוכונדריה, אך נשימה אנאירובית מתרחשת בחלק הנוזלי של הציטופלזמה.