Skip to main content
Global

39.1: מערכות חילופי גזים - מערכת הנשימה ודיפוזיה ישירה

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    210205

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    תהליכי נשימה המסייעים לאורגניזמים להחליף O 2 ו- CO 2 נעים בין דיפוזיה ישירה פשוטה למערכות נשימה מורכבות.

    מטרות למידה
    • סקור סקירה כללית של תפקודי מערכת הנשימה

    נקודות מפתח

    • הנשימה מבטיחה שתאים, רקמות ואיברים מרכזיים בגוף יקבלו אספקה מספקת של חמצן וכי הפחמן הדו חמצני, תוצר פסולת, מוסר ביעילות; חילופי חמצן ופחמן דו חמצני מתרחשים באמצעות דיפוזיה על פני ממברנות התא.
    • המנגנונים, התהליכים והמבנים המשמשים לנשימה מוכתבים לפי סוג, גודל ומורכבות האורגניזם.
    • דיפוזיה ישירה של גזים דרך הממברנות החיצוניות יכולה לשמש אורגניזמים כמו תולעים שטוחות כאמצעי נשימה בשל גודלם הקטן ופשטותם.

    מונחי מפתח

    • נטול חמצן: לאחר שהסיר את אטומי החמצן ממולקולה
    • דיפוזיה: התנועה הפסיבית של מומס על פני קרום חדיר
    • אירובי: חי או מתרחש רק בנוכחות חמצן

    מבוא

    נשימה היא אירוע לא רצוני. באיזו תדירות נשימה נלקחת וכמה אוויר נשאף או נושף מוסדרים היטב על ידי מרכז הנשימה במוח. בתנאי נשימה רגילים, בני אדם ינשמו כ -15 פעמים בדקה בממוצע. מחזור נשימה מורכב משאיפה ונשיפה: עם כל שאיפה רגילה, אוויר מחומצן ממלא את הריאות, ואילו עם כל נשיפה, אוויר נטול חמצן זורם החוצה. האוויר המחומצן חוצה את רקמת הריאה, נכנס לזרם הדם ונוסע לאיברים ורקמות. חמצן (O 2) נכנס לתאים שם הוא משמש לתגובות מטבוליות המייצרות ATP, תרכובת בעלת אנרגיה גבוהה. במקביל, תגובות אלו משחררות פחמן דו חמצני (CO 2) כתוצר לוואי. CO 2 רעיל ויש לחסל אותו; לפיכך, CO 2 יוצא מהתאים, נכנס לזרם הדם, חוזר לריאות ופג תוקפו מהגוף במהלך הנשיפה.

    תפקידה העיקרי של מערכת הנשימה הוא להעביר חמצן לתאי רקמות הגוף ולהסיר פחמן דו חמצני. המבנים העיקריים של מערכת הנשימה האנושית הם חלל האף, קנה הנשימה והריאות. כל האורגניזמים האירוביים דורשים חמצן כדי לבצע את הפונקציות המטבוליות שלהם.

    לאורך העץ האבולוציוני, אורגניזמים שונים המציאו אמצעים שונים להשגת חמצן מהאטמוספירה שמסביב. הסביבה בה חיה החיה קובעת מאוד כיצד חיה נושמת. המורכבות של מערכת הנשימה מתואמת עם גודל האורגניזם. ככל שגודל בעלי החיים גדל, מרחקי הדיפוזיה גדלים והיחס בין שטח הפנים לנפח יורד. באורגניזמים חד-תאיים (חד-תאיים), דיפוזיה על פני קרום התא מספיקה לאספקת חמצן לתא. דיפוזיה היא תהליך הובלה איטי ופסיבי. על מנת להיות אמצעי אפשרי לספק חמצן לתא, קצב ספיגת החמצן חייב להתאים לקצב הדיפוזיה על פני הממברנה. במילים אחרות, אם התא היה גדול מאוד או עבה, הדיפוזיה לא הייתה מסוגלת לספק חמצן במהירות מספקת לחלק הפנימי של התא. לכן, התלות בדיפוזיה כאמצעי להשגת חמצן והסרת פחמן דו חמצני נותרה אפשרית רק עבור אורגניזמים קטנים או בעלי גופים שטוחים מאוד, כגון תולעים שטוחות (platyhelminthes). אורגניזמים גדולים יותר נאלצו לפתח רקמות נשימה מיוחדות, כגון זימים, ריאות ומעברי נשימה, המלווים במערכת זרימת דם מורכבת להובלת חמצן בכל גופם.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): דיפוזיה ישירה: תהליך הנשימה של תולעת שטוחה זו פועל על ידי דיפוזיה על פני הממברנה החיצונית.

    דיפוזיה ישירה

    עבור אורגניזמים רב-תאיים קטנים, דיפוזיה על פני הממברנה החיצונית מספיקה כדי לענות על צורכי החמצן שלהם. חילופי גזים על ידי דיפוזיה ישירה על פני ממברנות פני השטח יעילה עבור אורגניזמים בקוטר של פחות מ-1 מ"מ. באורגניזמים פשוטים, כמו קנידרים ותולעים שטוחות, כל תא בגוף קרוב לסביבה החיצונית. התאים שלהם נשמרים לחים כך שגזים מתפזרים במהירות באמצעות דיפוזיה ישירה. תולעים שטוחות הן תולעים קטנות, ממש שטוחות, אשר 'נושמות' באמצעות דיפוזיה על פני הממברנה החיצונית. הצורה השטוחה של אורגניזמים אלה מגדילה את שטח הפנים לדיפוזיה, ומבטיחה שכל תא בגוף קרוב למשטח הממברנה החיצונית ויש לו גישה לחמצן. אם לתולעת השטוחה היה גוף גלילי, אז התאים במרכז לא יוכלו לקבל חמצן.