ZWIERZĘTA

Wymiana gazowa ma miejsce tak u zwierząt lądowych jak i u zwierząt wodnych. Jedne narządy umożliwiające oddychanie, takie jak tchawki owadów czy płuca kręgowców, są przystosowaniem do przeprowadzania wymiany gazowej zachodzącej w środowisku powietrza atmosferycznego. Z kolei skrzela są przystosowane do prowadzenia wymiany gazowej w wodzie. Jednak wilgoć, czyli obecność choćby małej ilości wody, towarzyszy wymianie gazowej również u zwierząt lądowych. To zawarte w wodzie liczne cząsteczki gazu mogą pokonać bariery błon cytoplazmatycznych.

Woda charakteryzuje się większą gęstością i lepkością od powietrza. Stawia więc większy opór przepływowy niż powietrze. Wytworzenie mechanizmu wystarczającego przepływu wody w okolicach powierzchni oddechowych pochłania więc u niektórych dużych zwierząt wodnych więcej energii niż mechanizm przepływu powietrza przez narządy oddechowe zwierząt lądowych. Zwierzęta, które są przystosowane do oddychania powietrzem atmosferycznym zużywają na wystarczającą wentylację płuc około 1-2% energii życiowej. U ryb ponad 20% energii życiowej jest wykorzystywane w pracy mięśni, która jest potrzebna aby napędzić mechanizm przepływu wody poprzez skrzela. Oddychanie tlenem, jaki jest rozpuszczony w wodzie wymagało rozwiązania wielu problemów. Zwierzęta wodne przystosowały się jednak zarówno do problemu dyfuzji jonów, jakie razem z tlenem rozpuszczonym w wodzie przedostają się do płynów tkanek jak i do kolejnego problemu, jakim jest utrzymanie wyższej temperatury ciała niż temperatura otaczającego organizm środowiska (co nie udaje się wielu gatunkom zwierząt wodnych).

Utrzymanie wysokiej temperatury ciała w chłodnym otoczeniu jest osiągane dzięki oddychaniu powietrzem atmosferycznym (np. stałocieplne wieloryby choć są zwierzętami wodnymi, oddychają powietrzem)

Korzyści z oddychania powietrzem atmosferycznym to między innymi o wiele mniejsze nakłady energii na mechanizm wymiany gazowej niż u zwierząt oddychających tlenem zawartym w wodzie, łatwiejsze zachowanie równowagi płynów ustrojowych dzięki łatwiejszej kontroli przepływów jonów oraz umiejętność utrzymania temperatury ciała na poziomie wyższym niż temperatura otaczającego środowiska dzięki wysokiej wydajności energetycznej procesów oddychania powietrzem atmosferycznym.

Oddychanie powietrzem atmosferycznym niesie ze sobą również pewne problemy. Powierzchnie oddechowe zwierząt lądowych muszą mieć stale utrzymaną pewną wilgotność aby była możliwa dyfuzja tlenu oraz dwutlenku węgla poprzez błony plazmatyczne. Zwierzętom oddychającym powietrzem grozi jednak ciągła utrata wody. Zwierzęta te musiały w drodze ewolucji wytworzyć mechanizmy zapobiegające wysychaniu tkanek. Płuca są częściowo chronione przed wysychaniem dzięki temu, że powietrze wdychane przechodzi długą drogę w układzie oddechowym, gdzie jest oczyszczane i ocieplane, zanim dotrze do wilgotnych, ukrwionych powierzchni oddechowych, czyli do pęcherzyków płucnych. Wydychane odtlenione powietrze przechodzi taką samą drogę z płuc, zanim zostanie wydalone.

Większość kręgowców chroni się przed nadmierną utratą wody dzięki nieprzepuszczalnym powłokom ciała i ukryciu narządów oddechowych głębiej pod powierzchnią ciała niż skrzela.

ROŚLINY

U roślin również zachodzą procesy pochłaniania ze środowiska tlenu oraz wydalania dwutlenku węgla.

Wiążą się one z uwolnieniem energii ze związków organicznych. Energię tą wykorzystują przede wszystkim do syntezy cząsteczek ATP (kwasu adenozynotrifosforowego) w cytoplazmie i mitochondrium.

Mitochondria roślinne odróżniają się od mitochondriów zwierzęcych tym, że 

  • może w nich zachodzić utlenienia NADH, które jest wcześniej wytworzone poza mitochondrium.
  • może funkcjonować tak zwana alternatywna, odporna na działanie cyjanków, droga transportowania elektronów. Droga ta pozwala przenosić elektrony z pominięciem układu cytochromów. Cząsteczki ATP nie są wtedy syntetyzowane.

Pobieranie tlenu i wytwarzanie dwutlenku węgla zachodzi u roślin nocą , w czasie tzw. oddychania ciemniowego. Dwutlenek węgla może być również wydzielany przez niektóre rośliny pod wpływem promieni słonecznych- tak zwane foto-oddychanie, jednak nie powstaje wówczas ATP. Fotooddychanie jest ściśle powiązane z procesami fotosyntetycznego metabolizmu cząsteczek węgla.