Wymiana gazowa i oddychanie komórkowe
W tej lekcji1/11
Jedna czerwona krwinka mieści około 270 milionów cząsteczek hemoglobiny, a każda z nich zabiera cztery cząsteczki tlenu. To ponad miliard pasażerów w komórce mniejszej od ziarnka kurzu — a takich komórek masz około 5 milionów w każdym milimetrze sześciennym krwi.
Jedno słowo, trzy różne rzeczy
Potocznie „oddychanie” znaczy wdech i wydech. W biologii to trzy osobne piętra tego samego zadania.
Dwa pierwsze piętra są transportem. Cel jest na trzecim — i to jedyne miejsce, gdzie tlen zostaje faktycznie zużyty.
Co wchodzi, a co wychodzi
| składnik | powietrze wdychane | powietrze wydychane |
|---|---|---|
| azot | 78 % | 78 % |
| para wodna | zmiennie | zawsze wysycone |
| temperatura | temperatura otoczenia | ok. 37 °C |
Azot się nie zmienia, bo organizm go nie używa — przelatuje tam i z powrotem. Tlenu ubywa tylko o jedną czwartą, za to dwutlenku węgla przybywa sto razy więcej niż było.
Hemoglobina — czerwona taksówka
Tlen słabo rozpuszcza się w osoczu, więc sam nie dopłynąłby do komórek. Przenosi go hemoglobina, białko z atomem żelaza, upakowane w czerwonych krwinkach.
Dlaczego w powietrzu wydychanym wciąż zostaje około 16 % tlenu?
Droga jednej cząsteczki tlenu
- 1
Pęcherzyk płucny. Cząsteczka trafia do wnętrza pęcherzyka. Jego ściana ma grubość jednej komórki, a tuż za nią biegnie naczynie włosowate.
- 2
Powietrze w pęcherzyku od środka: cząsteczki gazu biegają bez ustanku, więc same trafiają tam, gdzie jest ich mniej Przejście. W pęcherzyku tlenu jest dużo, w krwi mało — cząsteczka przechodzi przez ściankę bez żadnego popychania. To dyfuzja.
- 3
Przesiadka. W naczyniu przyłącza ją hemoglobina. Krew wraca do serca, a serce rozsyła ją tętnicami po całym ciele.
- 4
Wysiadka. W pracującym mięśniu tlenu jest mało, więc hemoglobina go oddaje. Cząsteczka przechodzi do komórki.
- 5
Cel podróży. W mitochondrium tlen spotyka glukozę. Powstaje energia, a przy okazji dwutlenek węgla i woda — i cała trasa rusza w drugą stronę.
Wszystkie 5 kroków odsłonięte.
Oddychanie komórkowe: skąd bierze się energia
Glukoza + tlen → dwutlenek węgla + woda + energia. To zapis tego, co dzieje się w mitochondriach — i dokładne odwrócenie fotosyntezy.
W której części komórki zachodzi oddychanie komórkowe?
Dług tlenowy — dlaczego dyszysz po biegu
Przy krótkim, bardzo intensywnym wysiłku serce i płuca nie nadążają z dowozem tlenu. Mięsień nie przerywa pracy: rozkłada glukozę beztlenowo, uzyskując z niej kilkanaście razy mniej energii i produkt uboczny — kwas mlekowy.
Pułapka! „Płuca zużywają tlen i produkują energię”
Źle: wdychamy tlen, płuca robią z niego energię, resztę wydychamy.
Ściąga do zapamiętania
Wymiana gazowa a oddychanie komórkowe — czym się różnią?
TRZY PIĘTRA: WENTYLACJA (ruch powietrza, klatka piersiowa) → WYMIANA GAZOWA (dyfuzja przez ścianki: w PŁUCACH tlen wchodzi do krwi, dwutlenek węgla wychodzi; w TKANKACH odwrotnie) → ODDYCHANIE KOMÓRKOWE (w MITOCHONDRIACH każdej komórki). RÓWNANIE: GLUKOZA + TLEN → DWUTLENEK WĘGLA + WODA + ENERGIA (pakowana w ATP) — to odwrotność fotosyntezy. POWIETRZE: wdychane 21 % tlenu i 0,04 % dwutlenku węgla, wydychane ok. 16 % tlenu i ok. 4 % dwutlenku węgla; AZOT 78 % bez zmian, bo organizm go nie używa. HEMOGLOBINA: białko z żelazem w czerwonych krwinkach, przyłącza tlen tam, gdzie jest go dużo (płuca), oddaje tam, gdzie mało (tkanki); CZAD wiąże się z nią setki razy mocniej i blokuje transport. DŁUG TLENOWY: przy krótkim intensywnym wysiłku mięsień rozkłada glukozę BEZTLENOWO — mało energii i kwas mlekowy; po wysiłku szybki oddech spłaca zaległość.
Dla rodzicaJak pomóc dziecku w tym temacie?
- Jak w domu pokazać, że w wydychanym powietrzu jest dwutlenek węgla?
Klasyczny test to woda wapienna, ale w kuchni wystarczy woda z odrobiną sody oczyszczonej i kilkoma kroplami soku z czerwonej kapusty jako wskaźnikiem. Dziecko dmucha przez słomkę przez dwie–trzy minuty i barwa przesuwa się w stronę różu, bo dwutlenek węgla rozpuszczony w wodzie tworzy słaby kwas. Dla porównania warto przepompować przez drugą szklankę zwykłe powietrze z pokoju, na przykład strzykawką albo pompką — tam zmiana jest znikoma. To najlepszy moment, żeby wrócić do tabeli składu powietrza: 0,04 procent kontra 4 procent, czyli stukrotna różnica, którą widać w kolorze. Słomki nie zatykajcie ustami sąsiada — każdy dmucha do własnej szklanki.
- Dziecko myli wymianę gazową z oddychaniem komórkowym. Jak to rozdzielić?
Pomaga pytanie „gdzie tlen znika na dobre?”. Wymiana gazowa niczego nie zużywa — cząsteczka tlenu tylko przechodzi z jednego miejsca w drugie, najpierw z pęcherzyka do krwi, potem z krwi do komórki. Znika dopiero w mitochondrium, bo tam wchodzi w reakcję z glukozą i staje się częścią wody. Dobrym obrazem jest dostawa zakupów: kurier wnosi je do mieszkania, ale zjada je dopiero mieszkaniec. Płuca są kurierem, mitochondrium mieszkańcem. Jeśli dziecko potrafi powiedzieć, że oddychanie komórkowe zachodzi także w komórkach samych płuc, znaczy że rozróżnienie już siedzi. Warto też zapytać, po co komórce mięśnia tysiące mitochondriów, a komórce skóry kilkadziesiąt.
- Czy zakwasy i zadyszka po wysiłku to powód do niepokoju?
Nie, jedno i drugie jest normalną częścią wysiłku. Zadyszka utrzymująca się kilka minut po biegu to spłata długu tlenowego: organizm dowozi tlen, którego zabrakło w trakcie, i porządkuje kwas mlekowy. Sam kwas mlekowy usuwany jest w ciągu mniej więcej godziny, więc ból mięśni pojawiający się dzień później ma inną przyczynę — to mikrouszkodzenia włókien, które goją się przez kilka dni. Rozgrzewka przed wysiłkiem i spokojne wyciszenie po nim skracają obie te fazy. Do lekarza warto zgłosić się wtedy, gdy zadyszka pojawia się przy zwykłym chodzeniu albo utrzymuje się dłużej niż kwadrans po zakończeniu ćwiczeń.
Sprawdź się!
Odpowiedziano na 0 z 5 pytańSkróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.
Które zestawienie poprawnie opisuje oddychanie komórkowe?
Co dzieje się z azotem w czasie oddychania?
Dlaczego czad jest tak niebezpieczny?
Co powoduje, że tlen przechodzi z pęcherzyka płucnego do krwi?
Na czym polega dług tlenowy?