Энергию для всех бесчисленных форм активности растений и животных доставляют реакции биологического окисления (см. гл. V). Существенную черту этих реакций составляет перенос атомов водорода с одной молекулы (донора водорода) на другую (акцептор водорода). В оргаыизле большинства животных и растений имеется ряд соединений, каждое из которых принимает водород (или его электрон) от предшествующего соединения и отдает его последующему. Конечным акцептором водорода в метаболизме большинства растений и животных служит кислород, который превращается в воду. Так как организм может хранить лишь небольшой запас кислорода (в виде оксигемоглобина крови или аналогичного ему оксимиоглобина мышц), для поддержания обмена веществ требуется непрерывная доставка кислорода к каждой клетке. Большая часть клеток без кислорода быстро погибает; особенно чувствительны клетки мозга: если их снабжение кислородом прерывается лишь на 4—5 мин, то могут возникнуть необратимые повреждения.
В других реакциях от молекул субстрата отщепляется углекислота. Декарбоксилирование — отщепление углекислоты от более крупной молекулы — может происходить независимо от использования кислорода. Дрожжи, например, могут расщеплять сахар до спирта и углекислоты, не потребляя кислород. У большинства животных и растений использование кислорода и отщепление углекислоты представляют собой сопряженные процессы. Образующаяся углекислота должна выводиться из организма, так как она реагирует с водой, образуя угольную кислоту Н2СО3.
Термин дыхание используют для обозначения тех процессов, при помощи которых животные и растительные клетки потребляют кислород, отдают углекислоту и переводят энергию в форму, доступную для биологического использования, например в форму химической энергии, заключенной в фосфатных связях АТФ (аденозинтрифосфата). В биологии понятие дыхания имеет три разных значения. Первоначально оно означало внешнее дыхание, т. е. вдыхание и выдыхание воздуха; в словах «искусственное дыхание» оно употребляется именно в таком смысле. Позже, когда стало ясно, что существенном процессом является обмен газами между клеткой и окружающей ее средой, термином дыхание стали обозначать этот газообмен. Наконец, когда стали известны детали клеточного метаболизма, это понятие начали относить к тем ферментативным реакциям в клетке, которые ответственны за использование кислорода. Так, например, цитохромы называют дыхательными ферментами.
