Дыхание

Разбор темы

Этапы энергетического обмена

1. Подготовительный — в пищеварительной системе и лизосомах: полимеры расщепляются до мономеров, энергия рассеивается как тепло.

2. Бескислородный (гликолиз) — в цитоплазме: глюкоза → 2 молекулы пировиноградной кислоты; чистый выход 2 АТФ.

3. Кислородный — в митохондриях: цикл Кребса в матриксе и дыхательная цепь на кристах. Пируват окисляется до CO₂ и H₂O, образуется 36 АТФ.

Итого при полном окислении одной молекулы глюкозы — 38 АТФ (так принято в школьных учебниках). КПД около 55 %, остальное — тепло.

Анаэробное дыхание и брожение

Если кислорода нет, пируват не идёт в митохондрии, а превращается в молочную кислоту (мышцы при интенсивной работе, молочнокислые бактерии) или в спирт и CO₂ (дрожжи).

Брожение даёт только 2 АТФ на молекулу глюкозы — те, что образовались при гликолизе.

Значение для человека: хлебопечение и виноделие (дрожжи), кисломолочные продукты, квашение овощей, силос.

Дыхательная система человека

Воздухоносные пути: носовая полость (воздух согревается, увлажняется, очищается; здесь обонятельные рецепторы) → носоглотка → гортань (голосовые связки, надгортанник закрывает вход при глотании) → трахея (хрящевые полукольца) → бронхи → бронхиолы → альвеолы.

Лёгкие покрыты плеврой; между её листками — плевральная полость с отрицательным давлением, поэтому лёгкие следуют за движениями грудной клетки.

Площадь всех альвеол около 100 м², что обеспечивает быстрый газообмен.

Механизм вдоха и выдоха

Вдох — активный процесс: диафрагма сокращается и уплощается, наружные межрёберные мышцы поднимают рёбра. Объём грудной клетки растёт, давление в лёгких падает ниже атмосферного, и воздух входит.

Спокойный выдох пассивный: мышцы расслабляются, объём уменьшается, давление растёт, воздух выходит. При форсированном выдохе работают внутренние межрёберные мышцы и мышцы живота.

Объёмы: дыхательный ≈ 500 мл, резервный вдоха ≈ 1 500 мл, резервный выдоха ≈ 1 500 мл. ЖЕЛ = их сумма ≈ 3 500 мл. После максимального выдоха в лёгких остаётся остаточный объём ≈ 1 000–1 200 мл.

Газообмен

Газы движутся путём диффузии — из области высокого парциального давления в область низкого.

В лёгких: O₂ из альвеолярного воздуха переходит в кровь и связывается с гемоглобином (оксигемоглобин), CO₂ выходит из крови в альвеолы.

В тканях: O₂ уходит из крови в клетки, CO₂ — из клеток в кровь (большая часть переносится в виде гидрокарбонатов плазмы).

Угарный газ CO связывается с гемоглобином прочнее кислорода (карбоксигемоглобин), поэтому очень опасен.

Состав воздуха: вдыхаемый — O₂ ≈ 21 %, CO₂ ≈ 0,03 %; выдыхаемый — O₂ ≈ 16 %, CO₂ ≈ 4 %.

Регуляция дыхания

Дыхательный центр находится в продолговатом мозге. Его главный стимул — повышение концентрации CO₂ в крови, а не недостаток O₂.

Защитные дыхательные рефлексы: кашель (раздражение гортани и бронхов) и чихание (раздражение носовой полости).

Дыхание можно ненадолго произвольно задержать — за счёт коры больших полушарий.

Дыхание растений

Растения дышат постоянно — днём и ночью — всеми живыми клетками. Газы поступают через устьица листьев, чечевички стеблей и поверхность корней.

Днём фотосинтез идёт быстрее дыхания, поэтому лист выделяет больше O₂, чем поглощает. Ночью растения только поглощают O₂ и выделяют CO₂.

Корням нужен кислород: при переувлажнении почвы (застой воды) они задыхаются, поэтому почву рыхлят.

Органы дыхания животных 7 класс

Простейшие и кишечнополостные дышат всей поверхностью тела, дождевой червь — влажной кожей, насекомые — трахеями (трубочки разносят воздух прямо к тканям), рыбы — жабрами, земноводные — лёгкими и кожей, птицы — лёгкими с воздушными мешками (двойное дыхание).

Жизненная ёмкость лёгких 8 класс

ЖЕЛ — наибольший объём воздуха, который можно выдохнуть после глубокого вдоха: дыхательный объём (~500 мл) + резервный объём вдоха + резервный объём выдоха; в среднем 3,5–5 л. Измеряют спирометром; у спортсменов больше.

Болезни органов дыхания и курение 7–8 класс

Грипп, ОРВИ, ангина, бронхит, пневмония, туберкулёз (палочка Коха), бронхиальная астма. Курение разрушает реснички эпителия, вызывает хронический бронхит и рак лёгких; угарный газ прочно связывается с гемоглобином.

Митохондрия и цикл Кребса подробно 10 класс

Митохондрия имеет две мембраны: наружную гладкую и внутреннюю, образующую складки — кристы. Между ними — межмембранное пространство, внутри — матрикс с ферментами цикла Кребса, кольцевой ДНК и рибосомами. На кристах расположены дыхательная цепь и АТФ-синтаза; чем активнее клетка (мышцы, сердце, сперматозоиды), тем больше в ней митохондрий и крист.

Пируват, образовавшийся при гликолизе, входит в матрикс и окисляется: от него отщепляется CO₂, образуется НАД·H, а двухуглеродный остаток присоединяется к коферменту А — получается ацетил-КоА. Ацетил-КоА соединяется с четырёхуглеродной щавелевоуксусной кислотой и образует шестиуглеродную лимонную кислоту. За один оборот цикла выделяются 2 CO₂, образуются 3 НАД·H, 1 ФАД·H₂ и 1 АТФ, а щавелевоуксусная кислота восстанавливается. Из одной глюкозы — 2 пирувата, значит, 2 оборота цикла; всего при окислении глюкозы выделяется 6 CO₂.

Основная энергия запасена в НАД·H и ФАД·H₂. В дыхательной цепи на кристах они отдают электроны; энергия электронов идёт на перекачку H⁺ в межмембранное пространство, а возвращаясь через АТФ-синтазу, ионы H⁺ обеспечивают синтез АТФ (окислительное фосфорилирование). Конечный акцептор электронов — кислород: он соединяется с H⁺ и образует воду. Цианиды блокируют дыхательную цепь, поэтому смертельно ядовиты.

Аэробы и анаэробы 10 класс

По отношению к кислороду организмы делят на аэробов (нуждаются в O₂: большинство растений, животных, грибов), облигатных анаэробов (кислород для них губителен: возбудители столбняка и ботулизма, метанобразующие археи) и факультативных анаэробов (живут и с кислородом, и без него: дрожжи, кишечная палочка). Дрожжи в присутствии O₂ дышат и быстро размножаются, а без него переходят на спиртовое брожение.

Анаэробы были первыми обитателями Земли, когда в атмосфере ещё не было кислорода; аэробное дыхание появилось после того, как цианобактерии накопили O₂. Аэробное дыхание расщепляет глюкозу до неорганических CO₂ и H₂O и даёт 38 АТФ; брожение заканчивается органическим веществом (молочной кислотой или этанолом), в котором остаётся много энергии, и даёт лишь 2 АТФ. Возбудитель ботулизма размножается в плохо простерилизованных консервах без доступа воздуха — вздутые банки есть нельзя.

Кислородный долг и утомление мышц 9 класс

Готового запаса АТФ в мышце хватает лишь на 2–3 секунды работы, затем АТФ быстро восстанавливается за счёт креатинфосфата (ещё около 10 секунд). При интенсивной работе (спринт) кровь не успевает доставить достаточно кислорода, и мышцы получают энергию гликолизом: накапливается молочная кислота, снижается pH, возникают утомление и боль. При длительной умеренной нагрузке (марафон) энергию даёт в основном аэробное дыхание.

После интенсивной нагрузки человек ещё несколько минут часто и глубоко дышит — так возвращается кислородный долг: дополнительный O₂ нужен, чтобы окислить часть молочной кислоты до CO₂ и H₂O (из остальной печень снова синтезирует глюкозу и гликоген), а также восстановить запасы АТФ и креатинфосфата. Тренировки увеличивают число митохондрий и капилляров в мышцах и количество миоглобина, поэтому кислородный долг у спортсменов меньше.

Опыты: как доказать дыхание 7 класс

Прорастающие семена (гороха, пшеницы) кладут в закрытую банку, а в контрольную — такие же, но прокипячённые (мёртвые). Через сутки в банку с живыми семенами опускают горящую свечу — она гаснет: кислород израсходован. Стаканчик с известковой водой в такой банке мутнеет: выделился CO₂ (Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O). Термометр в термосе с прорастающими семенами показывает повышение температуры — часть энергии дыхания выделяется как тепло. В контрольной банке изменений нет.

Выдыхаемый воздух, пропущенный через известковую воду, мутнит её гораздо быстрее вдыхаемого: в нём около 4 % CO₂ вместо 0,03 %. Растение, поставленное в темноту под колпак, тоже выделяет CO₂: фотосинтеза нет, а дыхание продолжается. Вывод опытов: дыхание — это поглощение O₂, выделение CO₂ и энергии (тепло, АТФ) всеми живыми клетками.