дишане е процесът, при който организмите обменят газове между своите телесни клетки и околната среда. от прокариотни бактерии и archaeans до еукариот протисти, гъбички, растения, и животни, всички живи организми се подлагат на дишане. Дишането може да се отнася до всеки от трите елемента на процеса.
първи, дишането може да се отнася до външно дишане или до процеса на дишане (вдишване и издишване), наричан още вентилация. на второ място, дишането може да се отнася до вътрешно дишане, което е дифузия на газове между телесните течности (кръв и интерстициална течност) и носни кърпи. накрая, дишането може да се отнася до метаболитните процеси за преобразуване на съхраняваната енергия биологични молекули до използваема енергия под формата на АТФ. Този процес може да включва консумацията на кислород и производството на въглероден диоксид, както се вижда в аеробните клетъчно дишанеили може да не включва консумацията на кислород, както в случая на анаеробно дишане.
Един метод за получаване на кислород от околната среда е чрез външно дишане или дишане. В животинските организми процесът на външно дишане се осъществява по много различни начини. Животни, на които им липсва специализация
органи за дишане разчитайте на дифузия по външните тъканни повърхности, за да получите кислород. Други или имат органи, специализирани за обмен на газ, или имат пълен дихателната система. В организми като нематоди (кръгли червеи), газовете и хранителните вещества се обменят с външната среда чрез дифузия по повърхността на тялото на животните. Насекоми и паяци имам дихателни органи наречени трахеи, докато рибите имат хриле като места за обмен на газ.Хората и други бозайници имат дихателна система със специализирани дихателни органи (бели дробове) и тъкани. В човешкото тяло кислородът се поема в белите дробове чрез вдишване и въглеродният диоксид се изхвърля от белите дробове чрез издишване. Външното дишане при бозайници обхваща механичните процеси, свързани с дишането. Това включва свиване и отпускане на диафрагмата и аксесоара мускули, както и честота на дишане.
Външните дихателни процеси обясняват как се получава кислород, но как се получава кислород телесни клетки? Вътрешното дишане включва транспортирането на газове между кръв и телесни тъкани. Кислород в рамките на бели дробове се разпространява по цялата тънка епителий на белодробни алвеоли (въздушни чували) в околните капиляри съдържаща кръв, изтощена от кислород. В същото време въглеродният диоксид дифундира в обратна посока (от кръвта към белодробните алвеоли) и се изгонва. Кръвта, богата на кислород, се транспортира от кръвоносна система от белодробни капиляри до телесни клетки и тъкани. Докато кислородът се отделя в клетките, въглеродният диоксид се взима и транспортира от тъканните клетки до белите дробове.
Кислородът, получен при вътрешно дишане, се използва от клетки в клетъчно дишане. За да имаме достъп до енергията, съхранявана в храните, които ядем, биологичните молекули съставят храни (въглехидрати, протеинии т.н.) трябва да бъдат разбити на форми, които тялото може да използва. Това се осъществява чрез храносмилателен процес където храната се разгражда и хранителните вещества се абсорбират в кръвта. Тъй като кръвта се циркулира в тялото, хранителните вещества се транспортират до клетките на тялото. При клетъчното дишане глюкозата, получена от храносмилането, се разделя на съставните й части за производството на енергия. Чрез поредица от стъпки глюкозата и кислородът се превръщат във въглероден диоксид (СО)2), вода (H2О) и високоенергийната молекула аденозин трифосфат (АТФ). Въглеродният диоксид и водата, образувани в процеса, дифундират в интерстициалната течност, заобикаляща клетките. Оттам, СО2 дифундира в кръвната плазма и червени кръвни телца. АТФ, генериран в процеса, осигурява енергията, необходима за изпълнение на нормални клетъчни функции, като синтез на макромолекули, свиване на мускулите и др. реснички и жлези движение и клетъчно деление.
Общо 38 ATP молекули са произведени от прокариоти при окисляване на една единствена молекула глюкоза. Този брой е редуциран до 36 ATP молекули в еукариотите, тъй като при трансфера на NADH към митохондриите се консумират две АТФ.
Аеробното дишане се случва само при наличие на кислород. Когато снабдяването с кислород е ниско, в клетката може да се генерира само малко количество АТФ цитоплазма чрез гликолиза. Въпреки че пируватът не може да влезе в цикъла на Кребс или електронна транспортна верига без кислород, той все още може да се използва за генериране на допълнителен АТФ чрез ферментация. ферментация е друг вид клетъчно дишане, химичен процес за разграждането на въглехидрати на по-малки съединения за производството на АТФ. В сравнение с аеробното дишане, само малко количество АТФ се произвежда при ферментация. Това е така, защото глюкозата се разгражда само частично. Някои организми са факултативни анаероби и могат да използват както ферментацията (когато кислородът е ниска или липсва), така и аеробното дишане (когато има наличен кислород). Два често срещани типа ферментация са млечнокисела ферментация и алкохолна (етанолна) ферментация. Гликолизата е първият етап във всеки процес.
При млечнокисела ферментация NADH, пируват и АТФ се получават чрез гликолиза. След това NADH се преобразува в ниско енергийната си форма NAD+, докато пируватът се превръща в лактат. NAD+ се рециклира обратно в гликолиза за генериране на повече пируват и АТФ. Млечнокиселата ферментация обикновено се извършва от мускул клетки, когато нивата на кислород се изчерпват. Лактатът се превръща в млечна киселина, която може да се натрупва при високи нива в мускулните клетки по време на тренировка. Млечната киселина повишава мускулната киселинност и причинява усещане за парене, което се появява при екстремно натоварване. След като се възстановят нормалните нива на кислород, пируватът може да навлезе в аеробно дишане и може да се генерира много повече енергия за подпомагане на възстановяването. Увеличеният приток на кръв помага да се достави кислород и да се премахне млечната киселина от мускулните клетки.
При алкохолна ферментация пируватът се превръща в етанол и СО2. NAD+ също се генерира при преобразуването и се рециклира обратно в гликолиза, за да произведе повече ATP молекули. Алкохолната ферментация се извършва от растения, мая и някои видове бактерии. Този процес се използва при производството на алкохолни напитки, гориво и печива.
Как екстремофили като някои бактерии и archaeans оцеляват в среда без кислород? Отговорът е чрез анаеробно дишане. Този тип дишане протича без кислород и включва консумацията на друга молекула (нитрат, сяра, желязо, въглероден диоксид и др.) Вместо кислород. За разлика от ферментацията, анаеробното дишане включва образуването на електрохимичен градиент от електронно-транспортна система, което води до производството на редица ATP молекули. За разлика от аеробното дишане, крайният получател на електрон е молекула, различна от кислорода. Много анаеробни организми са облигатни анаероби; те не извършват окислително фосфорилиране и умират в присъствието на кислород. Други са факултативни анаероби и могат също така да извършват аеробно дишане, когато има наличен кислород.