Ang paghinga ay isang pangunahing biological na proseso na nagbibigay-daan sa mga buhay na organismo na makakuha ng enerhiya mula sa mga molekula ng pagkain. Sa kaibuturan nito, ang paghinga ay isang serye ng mga reaksiyong kemikal na nagko-convert ng biochemical energy mula sa mga sustansya sa adenosine triphosphate (ATP), isang molekula na nag-iimbak at nagdadala ng enerhiya ng kemikal sa loob ng mga selula. Sinasaliksik ng araling ito ang kimika ng paghinga, na nakatuon sa kung paano pinapadali ng mga reaksyong ito ang buhay.
Sa pinaka-pangkalahatang kahulugan, ang paghinga ay maaaring nahahati sa dalawang pangunahing uri: aerobic respiration , na nangangailangan ng oxygen, at anaerobic respiration , na hindi. Ang aerobic respiration ay mas mahusay at maaaring katawanin ng sumusunod na chemical equation:
\( \textrm{C}_6\textrm{H}_{12}\textrm{O}_6 + 6\textrm{O}_2 \rightarrow 6\textrm{CO}_2 + 6\textrm{H}_2\textrm{O} + \textrm{enerhiya (ATP)} \)Ipinapakita ng equation na ito na ang glucose ( \(\textrm{C}_6\textrm{H}_{12}\textrm{O}_6\) ) ay tumutugon sa oxygen ( \(6\textrm{O}_2\) ) upang makagawa carbon dioxide ( \(6\textrm{CO}_2\) ), tubig ( \(6\textrm{H}_2\textrm{O}\) ), at enerhiya sa anyo ng ATP.
Ang anaerobic respiration, sa kabilang banda, ay nagaganap nang walang oxygen at nagsasangkot ng iba't ibang mga produkto ng pagtatapos depende sa organismo. Sa lebadura, halimbawa, ang glucose ay na-convert sa ethanol at carbon dioxide, na naglalabas ng enerhiya.
Ang paghinga ay nagsasangkot ng isang kumplikadong serye ng mga reaksiyong kemikal. Ang mga ito ay maaaring malawak na ikategorya sa tatlong pangunahing yugto: glycolysis , ang Krebs cycle (o Citric Acid Cycle), at ang electron transport chain .
Ang layunin ng paghinga ay upang i-convert ang kemikal na enerhiya na nakaimbak sa glucose sa isang anyo na magagamit ng cell—ATP. Ang detalyadong proseso ng conversion ay masalimuot at nagsasangkot ng paglipat ng mga electron at proton sa mga lamad, sa huli ay humahantong sa paggawa ng ATP sa pamamagitan ng isang proseso na kilala bilang chemiosmosis.
Ang ATP, o adenosine triphosphate, ay kumikilos bilang isang pera ng enerhiya sa loob ng cell. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng hydrolysis nito (ang reaksyon ng ATP kasama ng tubig) sa ADP (adenosine diphosphate) at inorganic phosphate ay ginagamit upang paganahin ang iba't ibang proseso ng cellular, kabilang ang pag-urong ng kalamnan, pagpapalaganap ng nerve impulse, at synthesis ng kemikal.
Ang pag-unawa sa paghinga mula sa pananaw ng kemikal ay nagpapaliwanag sa pangunahing papel ng kimika sa biology. Ang mga prosesong nagtutulak sa paghinga ay nagsasangkot ng masalimuot na mga interaksyon at reaksyon ng molekular, na nagpapakita ng interplay sa pagitan ng kimika at buhay. Higit pa sa pagpapakawala lamang ng enerhiya, ang mga reaksyong ito ay nakakaimpluwensya sa metabolismo ng cell, kinokontrol ang mga kapaligiran ng cellular, at pinapagana ang synthesis ng mga mahahalagang biomolecules. Kaya, ang paghinga ay hindi lamang isang susi sa kaligtasan, kundi isang window din sa molekular na mundo na nagpapanatili ng buhay.
Higit pa rito, ang pag-aaral ng paghinga ay nagbibigay ng pananaw sa kung paano umaangkop ang mga organismo sa kanilang mga kapaligiran. Ang mga organismo na umuunlad sa mga kapaligirang kulang sa oxygen ay gumagamit ng mga variation ng anaerobic respiration, na gumagamit ng iba't ibang electron acceptor at gumagawa ng hanay ng mga end product. Ang kakayahang umangkop na ito ay nagha-highlight sa versatility ng mga proseso ng kemikal sa biology at ang ebolusyonaryong kahalagahan ng mga biochemical pathway.
Habang ang direktang eksperimento sa mga cellular na bahagi ng paghinga ay maaaring mangailangan ng espesyal na kagamitan, ang mga simpleng eksperimento ay maaaring makatulong na ilarawan ang mga prinsipyo ng paghinga. Halimbawa, ang pagmamasid sa yeast fermentation ay nag-aalok ng praktikal na pagpapakita ng anaerobic respiration. Sa pamamagitan ng paghahalo ng lebadura, asukal, at tubig sa isang selyadong prasko at pagsukat sa ginawang carbon dioxide, ang proseso ng conversion ng glucose sa ethanol at carbon dioxide ay maaaring makita.
Kasama sa isa pang eksperimento ang paggamit ng mga tumutubo na buto upang ipakita ang aerobic respiration. Ang paglalagay ng mga buto sa isang selyadong lalagyan na may indicator ng carbon dioxide (tulad ng limewater, na nagiging maulap sa pagkakaroon ng carbon dioxide) ay maaaring magpakita ng paglabas ng carbon dioxide habang ang mga buto ay humihinga nang aerobically, kumakain ng oxygen at naglalabas ng carbon dioxide.
Ang paghinga ay isang pangunahing proseso na nagpapakita ng kahanga-hangang chemistry na nagpapakilala sa mga sistema ng pamumuhay. Sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga reaksiyong kemikal na pinagbabatayan ng paghinga, nagkakaroon tayo ng mga insight sa kung paano dumadaloy ang enerhiya sa loob ng mga organismo, na sumusuporta sa napakaraming aktibidad na bumubuo sa buhay. Ang pag-aaral ng paghinga ay tinutulay ang kimika at biology, na binibigyang-diin ang malalim na koneksyon sa pagitan ng mga molekula at mga proseso ng buhay. Kaya, ang pag-unawa sa paghinga ay hindi lamang nagpapalalim sa ating kaalaman sa biology ngunit nagpapakita rin ng pagbabagong kapangyarihan ng kimika sa pagpapaliwanag ng mga mekanismo ng buhay.
