respirasjon

Respirasjon, biokjemisk prosess (katabolisme) som foregår i alle levende celler, og som fører til at energi som er lagret i cellen, blir frigjort. Den frigjorte energien kan cellen eller organismen delvis bruke til forskjellige energikrevende prosesser, f.eks. biosyntese, vekst, muskelarbeid, fordøyelse m.m. I cellene er energien knyttet til forskjellige lagringsstoffer, som stivelse, glykogen, fett m.m. Etter spalting av lagringsstoffene til enklere stoffer, f.eks. sukker, oksideres disse ved respirasjonen. Cellene må tilføres oksygen, mens sluttproduktene normalt er karbondioksid og vann.

Hos høyerestående dyr skjelnes det mellom ytre og indre respirasjon. Ytre respirasjon omfatter mekanismer for utveksling av de nevnte gasser mellom blodet og det omgivende medium (luft eller vann) (se åndedrett). Med indre respirasjon forstår man utveksling av oksygen og karbondioksid mellom blodet i de minste årene og cellene i det omgivende vev.

Hos planter skjer opptak og utskillelse av gassene gjennom spalteåpninger i blad og stengler og gjennom korkporer på stammer og grener. Mellom disse åpningene og de enkelte celler spres gassartene i det indre luftsystemet i planten (intercellulært). Det vanligste substrat for respirasjonen hos planter er stivelse eller sukker. I mange tilfeller er også fett av betydning, f.eks. i frø av raps, solsikke og peanøtt. Sjeldnere nedbrytes proteiner, men ved mangel på andre substrater vil også disse kunne tjene som materiale for respirasjonen.

Respirasjonsintensiteten er avhengig av en rekke faktorer, men man kan generelt si at det er cellens eller organismens behov for energi som er avgjørende. Respirasjonen er derfor høy i voksende plantedeler og særlig lav i f.eks. hvilende frø og knopper.

Når temperaturen synker under 0 °C, er respirasjonen svært lav, men den øker raskt med stigende temperatur til ca. 30 °C, hvoretter den igjen avtar. Nedgangen ved høye temperaturer skyldes at enzymene etter hvert inaktiveres.

Oksygen er nødvendig for fullstendig respirasjon. Lavt oksygeninnhold (anoksis, hypoksis), f.eks. i dårlig gjennomluftet jord, fører til ufullstendig respirasjon i røttene og dårlig energiutnyttelse.

Vannets betydning ser man hos spirende frø. Tørre frø har svært lav respirasjon, men denne stiger sterkt ved vannopptak.

Om lysets virkning på respirasjonen, se fotorespirasjon.

Biokjemisk skjelner man mellom aerob respirasjon, som foregår når oksygen er til stede, og anaerob respirasjon (gjæring, fermentering) når oksygen mangler.

Ved aerob respirasjon oksideres substratet, f.eks. sukker C₆H₁₂O₆, fullstendig til karbondioksid CO₂ og vann H₂O:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + energi (2877 kJ/mol). Oksygen er terminal elektronakseptor i elektrontransportkjeden.

Ved anaerob respirasjon nedbrytes substratet bare delvis, samtidig som det frigjøres vesentlig mindre energi, f.eks. ved alkoholgjæring: C₆H₁₂O₆ = 2C₂H₅OH (etanol) + 2CO₂ + energi (234 kJ/mol), eller ved melkesyregjæring (bakterier, muskler ved oksygenmangel).

Kjemolitotrofe bakterier har respirasjon som bruker reduserte uorganiske stoffer (ammonium, hydrogen, nitritt, hydrogensulfid eller svovel) som elektrondonor med oksygen som terminal elektronakseptor. Ved anaerob respirasjon kan andre oksiderte organiske stoffer være terminal elektronakseptor for elektrontransporten. Imidlertid kan anaerobe (obligate, fakultative) mikroorganismer også bruke f.eks. nitrat (nitratreduserende, denitrifiserende), svovel, sulfat (sulfatreduserende), karbonat (metanogene) eller treverdig jern som terminal elektronakseptor i respirasjonskjeden.

Felles for aerob og anaerob respirasjon er nedbrytning av glukose til pyrodruesyre (CH₃CO·COOH) ved glykolyse. Ved anaerob respirasjon omdannes pyrodruesyre til de ulike sluttprodukter ved at karbondioksid avspaltes. Ved aerob respirasjon oksideres pyrodruesyre fullstendig til CO₂ og H₂O. Dette foregår i spesielle organeller, mitokondriene, i cellene. Ved denne prosessen opptrer flere organiske syrer som mellomprodukter. Til sammen utgjør disse Krebs-syklus eller sitronsyresyklus.

Av den frigjorte energi ved respirasjonen vil en del overføres til adenosindifosfat ADP, som derved omdannes til den mer energirike adenosintrifosfat, ATP. Cellen bruker ATP som energikilde ved forskjellige prosesser.

Den øvrige respirasjonsenergi avgis som varme. Hos høyerestående dyr er dette viktig for å opprettholde kroppstemperaturen, mens den hos plantene som regel tapes til omgivelsene. Brunt fettvev hos dyr og mennesker inneholder store mengder mitokondrier med respirasjon som brukes til å produsere varme, spesielt hos nyfødte og dyr med vintersøvn. Fargen på cellevevet skyldes cytokromene i mitokondriene.