In biologia, la respirazione anaerobica è il processo metabolico attraverso il quale le cellule producono energia chimica senza utilizzare ossigeno. È un tipo di respirazione cellulare, una parte essenziale del metabolismo e la fonte di tutta la crescita, riproduzione e riparazione che avviene nelle cellule. La glicolisi, che converte lo zucchero in molecole energetiche, è il principale tipo di via anaerobica che si trova nella maggior parte degli organismi. Il metabolismo anaerobico facilita importanti scambi chimici tra organismi e ambiente, come il ciclo dell’azoto.
Tutti gli organismi viventi usano l’energia per alimentare la loro crescita e riproduzione. La respirazione cellulare è un tipo di metabolismo cellulare che estrae energia biochimica da varie sostanze chimiche nutritive e la converte in ATP, la molecola di trasferimento di energia universale. La respirazione anaerobica è il tipo di respirazione cellulare che si verifica nelle cellule che non utilizzano molecole di ossigeno nel loro metabolismo. La via chimica primaria della respirazione anaerobica – a parte i batteri che consumano metalli in modo estremo – è la glicolisi, che divide una molecola del glucosio zucchero semplice in due molecole di acido piruvico, producendo nel processo due molecole di ATP.
La respirazione aerobica, che utilizza l’ossigeno, è più comune di quella anaerobica nella maggior parte degli organismi superiori, che si affidano efficacemente all’ossigeno per la respirazione. Produce molto più ATP – 38 molecole – rispetto alla glicolisi, che ne produce solo due. Nei primi periodi dell’evoluzione della vita sulla terra, tuttavia, non c’era ossigeno sufficiente nell’atmosfera per le cellule da metabolizzare, quindi si affidavano a varie altre molecole per produrre energia in modo anaerobico. Gli organismi primitivi, compresi i più antichi batteri e le creature sopravvissute che vivono nelle sorgenti calde e sul fondo dell’oceano, fanno ancora affidamento su questo; molti di questi moriranno se esposti all’ossigeno.
Gli esseri umani e altri animali usano sia la respirazione aerobica che anaerobica. Quest’ultimo è importante durante brevi scatti di attività muscolare, che alimenta il movimento utilizzando la glicolisi e produce acido lattico. Se questo acido si accumula, si verificano dolori muscolari e crampi. Alcuni lieviti incorporano un tipo speciale di respirazione anaerobica, la fermentazione, nel loro metabolismo. La fermentazione digerisce gli zuccheri e produce alcol etilico e alcuni gas come sottoprodotto; questo è il motivo per cui il pane lievita, poiché i processi biochimici nel lievito modificano le reazioni chimiche nell’impasto.
Gli scambi elementari di azoto, zolfo e carbonio sulla superficie terrestre e nell’atmosfera sono moderati dalla respirazione anaerobica. Ad esempio, le proteine e altri composti biologicamente essenziali contengono una grande quantità di azoto, che viene rilasciato nell’atmosfera dal metabolismo anaerobico batterico. Quando alcuni batteri metabolizzano i combustibili senza ossigeno, rilasciano anche gas metano. Sebbene questa funzione sia utile nella microbiologia e nell’industria petrolifera, l’eccessiva produzione di metano è un problema perché è un gas serra tanto quanto l’anidride carbonica, legata al cambiamento climatico.