In der Biologie ist die anaerobe Atmung der Stoffwechselprozess, bei dem Zellen chemische Energie ohne den Einsatz von Sauerstoff produzieren. Es ist eine Art der Zellatmung, ein wesentlicher Bestandteil des Stoffwechsels und die Quelle des gesamten Wachstums, der Reproduktion und der Reparatur, die in Zellen stattfindet. Die Glykolyse, die Zucker in Energiemoleküle umwandelt, ist der wichtigste anaerobe Stoffwechselweg, der in den meisten Organismen vorkommt. Der anaerobe Stoffwechsel ermöglicht einen wichtigen chemischen Austausch zwischen Organismen und der Umwelt, wie zum Beispiel den Stickstoffkreislauf.
Alle lebenden Organismen verbrauchen Energie, um ihr Wachstum und ihre Fortpflanzung anzutreiben. Die Zellatmung ist eine Art des Zellstoffwechsels, der biochemische Energie aus verschiedenen Nährchemikalien extrahiert und in ATP, das universelle Energieübertragungsmolekül, umwandelt. Anaerobe Atmung ist die Art der Zellatmung, die in Zellen auftritt, die in ihrem Stoffwechsel keine Sauerstoffmoleküle verwenden. Der primäre chemische Weg der anaeroben Atmung – abgesehen von extrem metallverzehrenden Bakterien – ist die Glykolyse, die ein Molekül des Einfachzuckers Glukose in zwei Moleküle Brenztraubensäure aufspaltet und dabei zwei Moleküle ATP produziert.
Aerobe Atmung – mit Sauerstoff – ist bei den meisten höheren Organismen häufiger als anaerob, die effizient auf Sauerstoff für die Atmung angewiesen sind. Es produziert viel mehr ATP – 38 Moleküle – als die Glykolyse, die nur zwei ergibt. In den frühesten Perioden der Evolution des Lebens auf der Erde gab es jedoch nicht genügend Sauerstoff in der Atmosphäre, um Zellen zu verstoffwechseln, sodass sie auf verschiedene andere Moleküle angewiesen waren, um anaerob Energie zu erzeugen. Primitive Organismen, darunter die ältesten überlebenden Bakterien und Lebewesen, die in heißen Quellen und auf dem Meeresboden leben, sind immer noch darauf angewiesen; viele von ihnen sterben, wenn sie Sauerstoff ausgesetzt werden.
Menschen und andere Tiere nutzen sowohl aerobe als auch anaerobe Atmung. Letzteres ist wichtig während kurzer Muskelaktivität, die die Bewegung durch Glykolyse antreibt und Milchsäure produziert. Baut sich diese Säure auf, kommt es zu Muskelschmerzen und Krämpfen. Einige Hefen bauen eine besondere Art der anaeroben Atmung – die Fermentation – in ihren Stoffwechsel ein. Fermentation verdaut Zucker und liefert Ethylalkohol und einige Gase als Nebenprodukt; Aus diesem Grund geht Brot auf, da biochemische Prozesse in der Hefe die chemischen Reaktionen im Teig verändern.
Der elementare Austausch von Stickstoff, Schwefel und Kohlenstoff an der Erdoberfläche und in der Atmosphäre wird durch anaerobe Atmung moderiert. Proteine und andere biologisch essentielle Verbindungen enthalten beispielsweise viel Stickstoff, der durch den anaeroben Stoffwechsel der Bakterien wieder in die Atmosphäre abgegeben wird. Wenn einige Bakterien Kraftstoffe ohne Sauerstoff verstoffwechseln, setzen sie auch Methangas frei. Während diese Funktion in der Mikrobiologie und der Erdölindustrie nützlich ist, ist die übermäßige Produktion von Methan ein Problem, da es ebenso wie Kohlendioxid ein Treibhausgas ist, das mit dem Klimawandel verbunden ist.