ГАЗООБМЕ́Н

ГАЗООБМЕ́Н (био­ло­гич.), об­мен га­зов ме­ж­ду ор­га­низ­мом и внеш­ней сре­дой в про­цес­се ды­ха­ния. В ор­га­низ­мы по­сту­па­ет ки­сло­род (O₂), ко­то­рый за­тем ис­поль­зу­ет­ся для окис­ле­ния со­еди­не­ний, во­вле­кае­мых в об­мен ве­ществ; в ре­зуль­та­те ос­во­бо­ж­да­ет­ся энер­гия, не­об­хо­ди­мая для жиз­не­дея­тель­но­сти, и об­ра­зу­ют­ся ко­неч­ные про­дук­ты об­ме­на, в т. ч. ди­ок­сид уг­ле­ро­да (CO₂) и не­зна­чит. ко­ли­че­ст­во др. га­зо­об­раз­ных со­еди­не­ний. Ор­га­низ­мы по­лу­ча­ют не­об­хо­ди­мый им O₂ ли­бо из ат­мо­сфе­ры, ли­бо из во­ды, в ко­то­рой он рас­тво­рён. Г. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём диф­фу­зии га­зов не­по­сред­ст­вен­но че­рез по­верх­ность кле­ток.

Газообмен у животных

У про­стей­ших, ки­шеч­но­по­ло­ст­ных и чер­вей Г. про­ис­хо­дит че­рез по­кро­вы те­ла. У на­се­ко­мых и пау­ко­об­раз­ных по­яв­ля­ет­ся сис­те­ма тру­бо­чек (тра­хей), с по­мо­щью ко­то­рых O₂ по­сту­па­ет не­по­сред­ст­вен­но к тка­ням те­ла. У ра­ко­об­раз­ных, рыб и не­ко­то­рых др. ор­га­низ­мов для Г. слу­жат жаб­ры, а у боль­шин­ст­ва по­зво­ноч­ных – лёг­кие. У зем­но­вод­ных по­ми­мо лёг­ких в Г. уча­ст­ву­ют ко­жа и эпи­те­лий, вы­сти­лаю­щий ро­то­вую по­лость.

У мн. жи­вот­ных и че­ло­ве­ка Г. осу­щест­в­ля­ет­ся при уча­стии ды­ха­тель­ных пиг­мен­тов (ме­тал­ло­про­теи­нов кро­ви или ге­мо­лим­фы), спо­соб­ных об­ра­ти­мо свя­зы­вать­ся с $\ce{O_2}$ и слу­жить его пе­ре­нос­чи­ка­ми. При вы­со­ких кон­цен­тра­ци­ях $\ce{O_2}$ пиг­мент лег­ко его при­сое­ди­ня­ет, а при низ­ких – от­да­ёт (в свя­зы­ва­нии $\ce{O_2}$ уча­ст­ву­ют гл. обр. ио­ны же­ле­за или ме­ди). У по­зво­ноч­ных и мн. бес­по­зво­ноч­ных жи­вот­ных та­ким пиг­мен­том яв­ля­ет­ся ге­мо­гло­бин, у ря­да бес­по­зво­ноч­ных – ге­мо­циа­нин, ге­мо­эрит­рин и хло­ро­куо­рин. Лишь не­зна­чит. до­ля (ок. 5%) все­го по­сту­паю­ще­го из кле­ток в кровь $\ce{CO_2}$ на­хо­дит­ся в рас­тво­рён­ном со­стоя­нии; осн. его часть (ок. 80%) при уча­стии фер­мен­та кар­бо­ан­гид­ра­зы пре­вра­ща­ет­ся в уголь­ную ки­сло­ту, ко­то­рая дис­со­ции­ру­ет на кар­бо­нат­ные и гид­ро­кар­бо­нат­ные ио­ны; т. о., су­ще­ст­ву­ет рав­но­ве­сие ме­ж­ду рас­тво­рён­ны­ми $\ce{CO_2, H_2CO_3, HCO_3^-}$ и $\ce{CO_3^{2-}}$. Кро­ме то­го, 6–7% $\ce{CO_2}$ мо­жет взаи­мо­дей­ст­во­вать так­же с ами­но­груп­па­ми бел­ков (в т. ч. ге­мо­гло­би­на) с об­ра­зо­ва­ни­ем кар­ба­ми­но­вых со­еди­не­ний. От­но­ше­ние уда­ляе­мо­го из ор­га­низ­ма $\ce{СО_2}$ к по­гло­щён­но­му за то же вре­мя О₂ на­зы­ва­ет­ся ды­ха­тель­ным ко­эф­фи­ци­ен­том, ко­то­рый ра­вен при­мер­но 0,7 при окис­ле­нии жи­ров, 0,8 при окис­ле­нии бел­ков и 1,0 при окис­ле­нии уг­ле­во­дов. Ко­ли­че­ст­во энер­гии, ос­во­бо­ж­даю­щей­ся при по­треб­ле­нии 1 л $\ce{O_2}$, со­став­ля­ет 20,9 кДж (5 ккал) при окис­ле­нии уг­ле­во­дов и 19,7 кДж (4,7 ккал) при окис­ле­нии жи­ров. Т. о., по по­треб­ле­нию $\ce{O_2}$ в еди­ни­цу вре­ме­ни и по ды­ха­тель­ному ко­эф­фи­ци­ен­ту мож­но рас­счи­тать ко­ли­че­ст­во ос­во­бо­див­шей­ся в ор­га­низ­ме энер­гии, оце­нить ин­тен­сив­ность окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ных про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих во всех ор­га­нах и тка­нях.

Г. у жи­вот­ных уменьша­ет­ся с по­ни­же­ни­ем темп-ры те­ла, а при её по­вы­шении – уве­ли­чи­ва­ет­ся. У че­ло­ве­ка по­треб­ле­ние $\ce{O_2}$ мо­жет воз­рас­тать с 200–300 мл/мин в со­стоя­нии по­коя до 2000–3000 мл/мин при фи­зич. ра­бо­те, а у хо­ро­шо тре­ни­ро­ван­ных спорт­сме­нов – до 5000 мл/мин. Со­от­вет­ст­вен­но уве­ли­чи­ва­ют­ся вы­де­ле­ние $\ce{CO_2}$ и рас­ход энер­гии; про­ис­хо­дят сдви­ги ды­ха­тель­но­го ко­эф­фи­ци­ен­та. Срав­нит. по­сто­ян­ст­во Г. обес­пе­чи­ва­ет­ся при­спо­со­би­тель­ны­ми (ком­пен­са­тор­ны­ми) ре­ак­ция­ми сис­тем ор­га­низ­ма, уча­ст­вую­щих в Г. и ре­гу­ли­руе­мых нерв­ной сис­те­мой как не­по­сред­ст­вен­но, так и че­рез эн­док­рин­ную сис­те­му. Г. у че­ло­ве­ка и жи­вот­ных ис­сле­ду­ют в ус­ло­ви­ях пол­но­го по­коя, на­то­щак, при темп-ре 18–22 °С. При ис­сле­до­ва­ни­ях Г. оп­ре­де­ля­ют объ­ём вды­хае­мо­го и вы­ды­хае­мо­го воз­ду­ха и его со­став (при по­мо­щи га­зовых ана­ли­за­то­ров), что по­зво­ля­ет вы­чис­лять ко­ли­че­ст­ва по­треб­ляе­мо­го $\ce{O_2}$ и вы­де­ляе­мо­го $\ce{O_2}$. См. так­же Ды­ха­ние, Ды­ха­ния ор­га­ны.

Газообмен у растений

Газообмен у растений со­про­во­ж­да­ет как ды­ха­ние, так и фо­то­син­тез: во вре­мя фо­то­син­те­за по­гло­ща­ет­ся $\ce{CO_2}$, вы­де­ля­ет­ся $\ce{O_2}$, а при ды­ха­нии – на­оборот. Как все жи­вые ор­га­низ­мы, рас­те­ния ды­шат 24 ч в су­тки, фо­то­син­тез же идёт толь­ко на све­ту. Днём, как пра­ви­ло, фо­то­син­тез идёт бы­ст­рее ды­ха­ния, к ве­че­ру ско­рость его сни­жа­ет­ся и в оп­ре­де­лён­ный мо­мент ста­но­вит­ся рав­ной ско­ро­сти про­ис­хо­дя­ще­го од­но­вре­мен­но ды­ха­ния. При этом Г. не ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся (со­стоя­ние ком­пен­са­ции). При даль­ней­шем умень­ше­нии ос­ве­щён­но­сти ды­ха­ние на­чи­на­ет пре­об­ла­дать, а в тем­но­те про­ис­хо­дит толь­ко вы­де­ле­ние $\ce{CO_2}$, об­ра­зую­ще­го­ся в ре­зуль­та­те ды­ха­ния.

Г. ли­сть­ев, мо­ло­дых стеб­лей, цвет­ков про­ис­хо­дит че­рез усть­ица (с по­мо­щью от­кры­ва­ния и за­кры­ва­ния по­след­них рас­те­ние ре­гу­ли­ру­ет ско­рость Г.). На ста­рых стеб­лях усть­ица за­ме­ня­ют­ся все­гда от­кры­ты­ми че­че­вич­ка­ми (от­вер­стия­ми в проб­ке), по­это­му Г. ста­рых стеб­лей рас­те­ние ре­гу­ли­ро­вать не мо­жет. Ско­рость Г. раз­лич­на у рас­те­ний раз­ных ви­дов, в раз­ных ор­га­нах и тка­нях од­ного рас­те­ния. Она за­ви­сит от внеш­них фак­то­ров и фи­зио­ло­гич. со­стоя­ния кле­ток. По ко­ли­че­ст­ву вы­де­лен­но­го или по­гло­щён­но­го $\ce{O_2}$ или $\ce{CO_2}$ оп­ре­де­ля­ют ско­рость фо­то­син­те­за или ды­ха­ния то­го или ино­го рас­те­ния или ор­га­на.