تنفس یک فرآیند بیولوژیکی حیاتی است که موجودات زنده را قادر می سازد تا از مواد غذایی که مصرف می کنند انرژی دریافت کنند. این شامل اکسیداسیون مواد غذایی در حضور اکسیژن است که منجر به تولید انرژی، دی اکسید کربن و آب می شود.
تنفس یک فرآیند شیمیایی است که در سلول های موجودات زنده اتفاق می افتد. سلول ها چگونه مولکول های غذایی مانند گلوکز را با اکسیژن تجزیه می کنند تا انرژی موجود در آنها را آزاد کنند. انرژی تولید شده برای پشتیبانی از فعالیت های مختلف لازم برای زندگی استفاده می شود. دو نوع اصلی تنفس وجود دارد: تنفس هوازی و بی هوازی.
تنفس هوازی در حضور اکسیژن اتفاق می افتد و کارآمدترین راه برای تولید انرژی است. معادله کلی برای تنفس هوازی به صورت زیر است:
\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \textrm{انرژی}\)
این معادله نشان می‌دهد که گلوکز ( \(C_6H_{12}O_6\) ) در حال واکنش با اکسیژن ( \(O_2\) ) برای تولید دی‌اکسید کربن ( \(CO_2\) )، آب ( \(H_2O\) ) و انرژی است.
این فرآیند را می توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد: گلیکولیز، چرخه کربس و زنجیره انتقال الکترون.
تنفس بی هوازی در غیاب اکسیژن اتفاق می افتد. کارایی کمتری نسبت به تنفس هوازی دارد و منجر به تولید اسید لاکتیک یا اتانول و دی اکسید کربن همراه با انرژی می شود.
دو نوع اصلی وجود دارد:
معادله کلی برای تنفس بی هوازی در سلول های ماهیچه ای به شرح زیر است:
\(C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_3H_6O_3 + \textrm{انرژی}\)
این نشان دهنده تبدیل گلوکز ( \(C_6H_{12}O_6\) ) به اسید لاکتیک ( \(C_3H_6O_3\) ) و انرژی است.
هم گیاهان و هم حیوانات از گلوکز در طول تنفس برای آزاد کردن انرژی استفاده می کنند. با این حال، منبع گلوکز متفاوت است. گیاهان آن را از طریق فتوسنتز تولید می کنند، در حالی که حیوانات آن را از غذایی که می خورند به دست می آورند.
تنفس برای همه موجودات زنده به چند دلیل حیاتی است:
اگرچه آزمایش‌ها در اینجا به تفصیل بیان نشده‌اند، درک تنفس را می‌توان از طریق مثال‌های عملی مانند مشاهده تخمیر مخمر، که در آن شکر و مخمر دی‌اکسید کربن و اتانول تولید می‌کنند و تنفس بی‌هوازی را نشان می‌دهند، افزایش داد. مثال دیگر اندازه گیری سرعت تنفس در بذرهای در حال جوانه زدن با مشاهده تغییر غلظت گاز در طول زمان در ظرف دربسته است.
این مثال‌ها نشان می‌دهد که چگونه تنفس یک فرآیند ضروری و مداوم در هر موجود زنده است و تولید انرژی لازم برای بقا را تضمین می‌کند.
تنفس، چه هوازی یا بی هوازی، یک فرآیند بیولوژیکی پیچیده و در عین حال جذاب اساسی برای زندگی است. از طریق آن، موجودات زنده می توانند انرژی ذخیره شده در مولکول های غذا را به شکلی تبدیل کنند که سلول ها می توانند برای رشد، ترمیم و نگهداری از آن استفاده کنند. درک مراحل تنفس، از گلیکولیز تا زنجیره انتقال الکترون، بینش هایی را در مورد کارایی باورنکردنی فرآیندهای زندگی ارائه می دهد. علاوه بر این، آزمایش‌ها و مشاهده تنفس در عمل راه‌های ملموسی برای درک این پدیده زیست‌شناختی حیاتی ارائه می‌دهد.
