Dýchání je proces, při kterém si organismy mezi sebou vyměňují plyny tělesné buňky a životní prostředí. Z prokaryotické bakterie a archaeans na eukaryotické protisté, houby, rostlin, a zvířata, všechny živé organismy procházejí dýcháním. Dýchání se může vztahovat na kterýkoli ze tří prvků procesu.
za prvé, dýchání se může vztahovat na externí dýchání nebo proces dýchání (inhalace a výdech), také nazývané ventilace. Za druhé, dýchání se může vztahovat na vnitřní dýchání, což je difúze plynů mezi tělesnými tekutinami (krev a intersticiální tekutina) a papírové kapesníky. Konečně, dýchání se může vztahovat na metabolické procesy přeměny energie uložené v biologické molekuly na využitelnou energii ve formě ATP. Tento proces může zahrnovat spotřebu kyslíku a produkci oxidu uhličitého, jak je vidět v aerobních podmínkách buněčné dýchánínebo nemusí zahrnovat spotřebu kyslíku, jako v případě anaerobního dýchání.
Jednou z metod pro získávání kyslíku z okolí je vnější dýchání nebo dýchání. U živočišných organismů se proces vnějšího dýchání provádí mnoha různými způsoby. Zvířata, která postrádají specializaci
orgány pro dýchání spoléhejte na difúzi přes vnější povrchy tkáně, abyste získali kyslík. Jiné mají buď orgány specializované na výměnu plynu, nebo mají kompletní dýchací systém. V organismech, jako je hlístice (škrkavky), plyny a živiny jsou vyměňovány s vnějším prostředím difuzí přes povrch těla zvířete. Hmyz a pavouci mít dýchací orgány nazývané tracheae, zatímco ryby mají žábry jako místa pro výměnu plynu.Lidé a další savci mít dýchací systém se specializovanými dýchacími orgány (plíce) a tkáně. V lidském těle se kyslík vdechuje do plic inhalací a oxid uhličitý se vylučuje z plic výdechem. Vnější dýchání u savců zahrnuje mechanické procesy související s dýcháním. To zahrnuje kontrakci a relaxaci bránice a příslušenství svaly, stejně jako rychlost dýchání.
Vnější dýchací procesy vysvětlují, jak se získává kyslík, ale jak se kyslík dostává tělesné buňky? Vnitřní dýchání zahrnuje přepravu plynů mezi krev a tělesné tkáně. Kyslík uvnitř plíce rozptyluje se napříč tenkou epitel plicních alveol (vzduchových vaků) do okolí kapiláry obsahující krev ochuzenou o kyslík. Současně se oxid uhličitý rozptyluje v opačném směru (z krve do plicních alveol) a je vyloučen. Krev bohatá na kyslík je transportována oběhový systém od plicních kapilár po tělesné buňky a tkáně. Zatímco kyslík klesá v buňkách, oxid uhličitý je zachycován a transportován z tkáňových buněk do plic.
Kyslík získaný z vnitřního dýchání používá buňky v buněčné dýchání. Abychom získali přístup k energii uložené v potravinách, které jíme, biologické molekuly skládající potraviny (uhlohydráty, proteinyatd.) musí být rozděleny do forem, které může tělo využít. Toho je dosaženo prostřednictvím internetu trávicí proces kde se jídlo rozkládá a živiny se vstřebávají do krve. Jak krev cirkuluje v celém těle, jsou živiny transportovány do tělesných buněk. Při buněčném dýchání se glukóza získaná štěpením rozdělí na jednotlivé složky pro výrobu energie. Prostřednictvím řady kroků se glukóza a kyslík přeměňují na oxid uhličitý (CO2), voda (H2O) a molekula s vysokou energií adenosintrifosfát (ATP). Oxid uhličitý a voda vytvořená při tomto procesu difundují do intersticiální tekutiny obklopující buňky. Odtud, CO2 difunduje do krevní plazmy a červené krvinky. ATP generovaný v procesu poskytuje energii potřebnou k vykonávání normálních buněčných funkcí, jako je syntéza makromolekul, svalová kontrakce, cilia a bičíkem hnutí a buněčné dělení.
Celkem produkuje 38 ATP molekul prokaryoty při oxidaci jediné molekuly glukózy. Tento počet se v eukaryotech snižuje na 36 molekul ATP, protože při přenosu NADH na mitochondrie jsou spotřebovány dva ATP.
K aerobnímu dýchání dochází pouze v přítomnosti kyslíku. Když je přívod kyslíku nízký, může být v buňce generováno pouze malé množství ATP cytoplazma glykolýzou. Ačkoli pyruvát nemůže vstoupit do Krebsova cyklu nebo elektronového transportního řetězce bez kyslíku, může být stále použit k vytvoření dalšího ATP fermentací. Fermentace je další typ buněčného dýchání, chemický proces rozkladu uhlohydráty do menších sloučenin pro výrobu ATP. Ve srovnání s aerobním dýcháním se při fermentaci produkuje pouze malé množství ATP. Je to proto, že glukóza se rozkládá pouze částečně. Některé organismy jsou fakultativní anaeroby a mohou využívat jak fermentaci (když je kyslík nízký nebo není-li k dispozici), tak aerobní dýchání (je-li k dispozici kyslík). Dva běžné typy fermentace jsou fermentace kyselinou mléčnou a alkoholová (ethanol) fermentace. Glykolýza je první fází každého procesu.
Při fermentaci kyselinou mléčnou se NADH, pyruvát a ATP produkují glykolýzou. NADH je poté převeden na nízkou energetickou formu NAD+, zatímco pyruvát se převádí na laktát. NAD+ je recyklován zpět do glykolýzy za vzniku více pyruvátu a ATP. Fermentace kyseliny mléčné se běžně provádí pomocí sval buňky, když se hladina kyslíku vyčerpá. Laktát je přeměněn na kyselinu mléčnou, která se může během cvičení hromadit ve svalových buňkách na vysokých hladinách. Kyselina mléčná zvyšuje kyselost svalů a způsobuje pocit pálení, ke kterému dochází při extrémní námaze. Jakmile se obnoví normální hladina kyslíku, pyruvát může vstoupit do aerobního dýchání a může se generovat mnohem více energie, která napomáhá regeneraci. Zvýšený průtok krve pomáhá dodávat kyslík a odstraňovat kyselinu mléčnou ze svalových buněk.
Při alkoholové fermentaci se pyruvát převádí na ethanol a CO2. NAD+ je také generován při přeměně a recykluje se zpět do glykolýzy za vzniku více molekul ATP. Alkoholové kvašení se provádí pomocí rostlin, kvasinky a některé druhy bakterií. Tento proces se používá při výrobě alkoholických nápojů, pohonných hmot a pečiva.
Jak extremofily jako někteří bakterie a archaeans přežít v prostředí bez kyslíku? Odpověď je anaerobním dýcháním. Tento typ dýchání nastává bez kyslíku a zahrnuje spotřebu jiné molekuly (dusičnan, síra, železo, oxid uhličitý atd.) Místo kyslíku. Na rozdíl od fermentace zahrnuje anaerobní dýchání tvorbu elektrochemického gradientu elektronovým transportním systémem, který vede k produkci řady molekul ATP. Na rozdíl od aerobního dýchání je konečným příjemcem elektronů molekula jiná než kyslík. Mnoho anaerobních organismů je povinných anaerobů; neprovádějí oxidační fosforylaci a zemřou v přítomnosti kyslíku. Jiní jsou fakultativní anaerobové a mohou také provádět aerobní dýchání, je-li k dispozici kyslík.