åndedrett er prosessen der organismer utveksler gasser mellom sine kroppens celler og miljøet. Fra prokaryote bakterier og archaeans til eukaryotisk protister, fungi, planter, og dyr, alle levende organismer gjennomgår åndedrett. Respirasjon kan referere til hvilket som helst av de tre elementene i prosessen.
Først, kan åndedrett referere til ekstern respirasjon eller prosessen med å puste (innånding og utpust), også kalt ventilasjon. for det andre, respirasjon kan referere til intern respirasjon, som er spredning av gasser mellom kroppsvæsker (blod og mellomliggende væske) og vev. Endelig, kan respirasjon referere til de metabolske prosessene for å konvertere energien som er lagret i biologiske molekyler til brukbar energi i form av ATP. Denne prosessen kan innebære forbruk av oksygen og produksjon av karbondioksid, sett i aerob cellulær respirasjon, eller kanskje ikke involverer forbruk av oksygen, som i tilfelle av anaerob respirasjon.
En metode for å få oksygen fra miljøet er gjennom ekstern respirasjon eller pust. I dyreorganismer utføres prosessen med ekstern respirasjon på en rekke forskjellige måter. Dyr som mangler spesialiserte
organer for åndedrettet stole på diffusjon over ytre vevoverflater for å få oksygen. Andre har organer som er spesialisert for gassutveksling eller har en komplett luftveiene. I organismer som nematoder (rundorm), gasser og næringsstoffer utveksles med det ytre miljø ved diffusjon over overflaten til dyrekroppen. Insekter og edderkopper ha luftveiene kalt luftrør, mens fisk har gjeller som steder for gassutveksling.Mennesker og andre pattedyr ha et luftveisystem med spesialiserte luftveier (lunger) og vev. I menneskekroppen tas oksygen inn i lungene ved innånding og karbondioksid blir utvist fra lungene ved utpust. Ekstern respirasjon hos pattedyr omfatter mekaniske prosesser relatert til pust. Dette inkluderer sammentrekning og avslapning av mellomgulvet og tilbehøret muskler, samt pustefrekvens.
Eksterne åndedrettsprosesser forklarer hvordan oksygen oppnås, men hvordan kommer oksygen til kroppens celler? Intern respirasjon innebærer transport av gasser mellom blod og kroppsvev. Oksygen i lunger diffunderer over det tynne epitel av lungealveoler (luftsekker) i omgivelsene kapillærer som inneholder oksygenutarmet blod. Samtidig diffunderer karbondioksid i motsatt retning (fra blodet til lungealveolene) og blir utvist. Oksygenrikt blod transporteres av sirkulasjonssystemet fra lungekapillærer til kroppens celler og vev. Mens oksygen slippes av ved celler, blir karbondioksid plukket opp og fraktet fra vevsceller til lungene.
Oksygenet oppnådd ved intern respirasjon brukes av celler i cellulær respirasjon. For å få tilgang til energien som er lagret i matvarene vi spiser, biologiske molekyler som består av matvarer (karbohydrater, proteiner, osv.) må brytes ned i former som kroppen kan bruke. Dette oppnås gjennom fordøyelsesprosess hvor mat brytes ned og næringsstoffer tas opp i blodet. Når blod sirkuleres i hele kroppen, blir næringsstoffene transportert til kroppens celler. Ved cellulær respirasjon blir glukose oppnådd fra fordøyelsen delt opp i dets bestanddeler for produksjon av energi. Gjennom en serie trinn omdannes glukose og oksygen til karbondioksid (CO2), vann (H2O), og høyenergimolekylet adenosintrifosfat (ATP). Karbondioksid og vann dannet i prosessen diffunderer i den mellomliggende væske som omgir cellene. Derfra CO2 diffunderer i blodplasma og røde blodceller. ATP generert i prosessen gir energien som trengs for å utføre normale cellulære funksjoner, for eksempel makromolekylsyntese, muskelkontraksjon, cilia og flagella bevegelse, og celledeling.
Totalt er 38 ATP-molekyler produsert av prokaryoter i oksidasjon av et enkelt glukosemolekyl. Dette antallet er redusert til 36 ATP-molekyler i eukaryoter, ettersom to ATP konsumeres i overføringen av NADH til mitokondrier.
Aerob respirasjon forekommer bare i nærvær av oksygen. Når oksygentilførselen er lav, kan bare en liten mengde ATP genereres i cellen cytoplasma ved glykolyse. Selv om pyruvat ikke kan komme inn i Krebs-syklusen eller elektrontransportkjeden uten oksygen, kan det fortsatt brukes til å generere ytterligere ATP ved gjæring. fermentering er en annen type cellulær respirasjon, en kjemisk prosess for nedbrytning av karbohydrater til mindre forbindelser for produksjon av ATP. Sammenlignet med aerob respirasjon produseres bare en liten mengde ATP i gjæring. Dette er fordi glukose bare delvis brytes ned. Noen organismer er fakultative anaerober og kan bruke både gjæring (når oksygen er lite eller ikke tilgjengelig) og aerob respirasjon (når oksygen er tilgjengelig). To vanlige typer gjæring er melkesyrefermentering og alkoholholdig (etanol) gjæring. Glykolyse er det første stadiet i hver prosess.
Ved melkesyrefermentering produseres NADH, pyruvat og ATP ved glykolyse. NADH blir deretter konvertert til sin lavenergiform NAD+, mens pyruvat omdannes til laktat. NAD+ resirkuleres tilbake til glykolyse for å generere mer pyruvat og ATP. Melkesyrefermentering utføres ofte av muskel celler når oksygennivået blir tømt. Laktat omdannes til melkesyre som kan akkumuleres i høye nivåer i muskelceller under trening. Melkesyre øker muskelets surhet og forårsaker en brennende følelse som oppstår under ekstrem anstrengelse. Når normale oksygennivåer er gjenopprettet, kan pyruvat komme inn i aerob respirasjon og mye mer energi kan genereres for å hjelpe til med utvinning. Økt blodstrøm bidrar til å levere oksygen til og fjerne melkesyre fra muskelceller.
Ved alkoholgjæring omdannes pyruvat til etanol og CO2. NAD+ blir også generert i konverteringen og blir resirkulert tilbake til glykolyse for å produsere flere ATP-molekyler. Alkoholgjæring utføres av planter, gjær og noen arter av bakterier. Denne prosessen brukes til produksjon av alkoholholdige drikker, drivstoff og bakevarer.
Hvordan extremophiles som noen bakterie og archaeans overleve i miljøer uten oksygen? Svaret er ved anaerob respirasjon. Denne typen respirasjon skjer uten oksygen og innebærer forbruk av et annet molekyl (nitrat, svovel, jern, karbondioksid, etc.) i stedet for oksygen. I motsetning til i gjæring involverer anaerob respirasjon dannelse av en elektrokjemisk gradient av et elektrontransportsystem som resulterer i produksjon av et antall ATP-molekyler. I motsetning til ved aerob respirasjon, er den endelige elektronmottakeren et annet molekyl enn oksygen. Mange anaerobe organismer er obligatoriske anaerober; de utfører ikke oksidativ fosforylering og dør i nærvær av oksygen. Andre er fakultative anaerober og kan også utføre aerob respirasjon når oksygen er tilgjengelig.