Pojam “disanje” odnosi se na dva odvojena procesa, od kojih se oba odvijaju u živim bićima i povezana su s stvaranjem energije. Jedno je fiziološko disanje, proces kojim organizam uzima kisik i izlučuje ugljični dioksid. Drugi je stanično disanje, niz biokemijskih reakcija koje omogućuju stanici stvaranje energije.
Fiziološko disanje
Postoje četiri stupnja ovog procesa kod ljudi i drugih sisavaca, a oni prikazuju napredak kisika od udisanja u pluća do apsorpcije od strane unutarnjih organa i drugih tkiva. Također pokriva izdisanje ugljičnog dioksida.
Ventilacija
Prva faza je ventilacija, u kojoj zrak ulazi i izlazi iz plućnih alveola. To su vlaknaste kolagenske strukture koje se šire tijekom udisanja, kako bi ušle u maksimalnu količinu kisika; pri izdisaju se skupljaju i oslobađaju ugljični dioksid. Alveole su prisutne samo u plućima sisavaca; međutim, slične strukture postoje i kod drugih kralježnjaka, kao što su gmazovi i ptice.
Plućna izmjena plinova
U ovoj fazi kisik iz alveola ulazi u krvožilni sustav kroz plućne kapilare. Alveole i plućne kapilare odvojene su barijerom debljine samo dvije stanice; kada prijeđu ovu barijeru, molekule kisika se vežu za hemoglobin, poseban protein, u crvenim krvnim stanicama.
Transport plina
Transport plina počinje u plućnim kapilarama. U ovom koraku, kisik vezan za hemoglobin kreće se kroz krvne žile cirkulacijskog sustava, na kraju ulazeći u kapilare po cijelom tijelu. Kapilare hrane organe, žlijezde i druga tkiva kojima je za funkcioniranje potrebna stalna opskrba kisikom.
Periferna izmjena plinova
Posljednja faza je periferna izmjena plinova, u kojoj kisik prelazi iz kapilara u stanice. To se događa slično načinu na koji plinovi difundiraju između alveola i plućnih kapilara u plućima. Otpadni plinovi, poput ugljičnog dioksida koji izlučuju stanice, ulaze u kapilare i kreću se kroz krvožilni sustav u pluća, gdje se oslobađaju tijekom izdisaja.
Drugi fiziološki sustavi
Disanje nije isključivo za organizme s plućima. Na primjer, kod većine vrsta riba javlja se u škrgama, koje omogućuju životinjama da izvlače kisik iz vode. U vodozemaca, većina izmjene plinova se događa preko kože; pluća pružaju način kontrole razine kisika u tijelu, djelujući kao sekundarni izvor kisika. Biljke proizvode kisik fotosintezom, a više ga uzimaju difuzijom kroz svoje lišće. Bez obzira na fizički proces, svi ti organizmi uzimaju kisik i izlučuju ugljični dioksid, baš kao što to čine sisavci.
Stanično disanje
Kisik koji se fiziološkim disanjem dovodi u tkiva koristi se u svim stanicama za biokemijski proces staničnog disanja. Ovaj proces, koji se također naziva oksidativni metabolizam, skup je kemijskih reakcija, od kojih mnoge uključuju kisik, koje omogućuju tijelu da pretvori određene molekule u iskoristivu energiju. U životinjskim i biljnim stanicama događaju se reakcije koje pretvaraju hranjive tvari u molekulu bogatu energijom zvanu adenozin trifosfat (ATP).
Kisik je potreban za stanično disanje jer se mnoge oksidacijsko-redukcijske reakcije, koje se nazivaju i redoks reakcije, događaju tijekom procesa disanja. Ovaj plin je snažno oksidacijsko sredstvo, što znači da u kemijskim reakcijama može lako dati svoje dostupne elektrone. To ga čini vrlo korisnim u reakcijama.
Reakcije koje se događaju nazivaju se i kataboličkim, jer razbijaju velike molekule hranjivih tvari u manje. Ove molekule su šećeri, koji su izvedeni iz ugljikohidrata; masne kiseline iz prehrambenih masti; i aminokiseline, dobivene iz proteina. Elektroni se oslobađaju kada se hranjive tvari razgrađuju, a elektroni se koriste u reakcijama koje proizvode ATP. Ova molekula bogata energijom zatim se koristi u stanicama za pokretanje gotovo svih reakcija koje se događaju u njima.
Anaerobno stanično disanje
Kod životinja i biljaka, kao i kod mnogih bakterijskih vrsta, tip staničnog disanja koji se javlja je aerobni, što jednostavno znači da koristi kisik. Kod nekih vrsta bakterija disanje je anaerobno, što znači da ne koristi kisik. Umjesto toga, ovi organizmi koriste molekule poput nitrata ili sumpora kao zamjenu. Neki su čak evoluirali do te mjere da mogu živjeti samo u okruženjima bez kisika.