Durante l'inspirazione, il sistema respiratorio aspira aria ricca di ossigeno attraverso il naso o la bocca. L'aria viaggia lungo la trachea e nei polmoni, dove raggiunge minuscole sacche chiamate alveoli. Qui, le molecole di ossigeno si diffondono attraverso le sottili pareti alveolari nel flusso sanguigno.
L'espirazione segue l'inspirazione. I muscoli coinvolti nella respirazione, principalmente il diaframma e i muscoli intercostali, si rilassano. Questo rilassamento riduce il volume dei polmoni, provocando l'espulsione dell'aria interna. Durante l'espirazione, l'anidride carbonica, un prodotto di scarto della respirazione cellulare, viene rilasciata dal flusso sanguigno negli alveoli e successivamente espirata.
La respirazione cellulare, invece, avviene all’interno delle cellule e comporta la scomposizione del glucosio, un tipo di zucchero, per rilasciare energia. Il processo consiste di tre fasi principali:la glicolisi, il ciclo di Krebs (ciclo dell'acido citrico) e la fosforilazione ossidativa.
La glicolisi avviene nel citoplasma della cellula. Durante la glicolisi, il glucosio viene scomposto in due molecole di piruvato. Questa fase produce una piccola quantità di energia sotto forma di ATP (adenosina trifosfato), la valuta energetica della cellula, nonché NADH (nicotinammide adenina dinucleotide) e FADH2 (flavina adenina dinucleotide), molecole trasportatrici di energia.
Il ciclo di Krebs avviene all'interno dei mitocondri della cellula. Il piruvato dalla glicolisi entra nei mitocondri e subisce una serie di reazioni chimiche per produrre anidride carbonica, ATP, NADH e FADH2.
Infine, nella membrana interna dei mitocondri avviene la fosforilazione ossidativa. Durante questa fase, gli elettroni ad alta energia trasportati da NADH e FADH2 passano lungo una catena di trasportatori di elettroni, rilasciando energia che viene utilizzata per pompare gli ioni idrogeno attraverso la membrana. Il gradiente risultante di ioni idrogeno guida la sintesi di ATP attraverso un processo chiamato chemiosmosi.
In sintesi, la respirazione facilita lo scambio di ossigeno e anidride carbonica tra l'organismo e l'ambiente circostante, garantendo alle cellule un apporto continuo di ossigeno per la respirazione cellulare. La respirazione cellulare, a sua volta, utilizza l’ossigeno per scomporre il glucosio e generare energia sotto forma di ATP, che alimenta vari processi cellulari essenziali per la vita.
