Komórki ciała wykorzystują tlen do przenoszenia energii zmagazynowanej w pożywieniu do postaci użytkowej. Ten proces, zwany oddychaniem komórkowym, pozwala komórkom wykorzystać energię do wykonywania funkcji życiowych, takich jak: jako zasilanie mięśni (w tym mięśni mimowolnych, takich jak serce) oraz przemieszczanie się materiałów do i z komórki. Bez tlenu w organizmie komórki mogą funkcjonować przez ograniczony czas; długotrwały niedobór tlenu prowadzi do śmierci komórki i ostatecznie do śmierci organizmu.
Glikoliza w oddychaniu
Komórki wykorzystują tlen do wspomagania oddychania komórkowego. Ten rodzaj oddychania, zwany tlenowym oddychaniem komórkowym, przekształca zmagazynowaną energię w użyteczną formę, głównie poprzez reakcję glukozy i tlenu przez produkt pośredni. Pierwszy etap tlenowego oddychania komórkowego, glikolizę, można przeprowadzić bez tlenu. Jeśli jednak tlen nie jest obecny, oddychanie komórkowe nie może być kontynuowane po tym etapie.
W glikolizie glukoza jest przekształcana w cząsteczkę opartą na węglu zwaną pirogronianem. Podczas tego procesu powstają dwie cząsteczki trójfosforanu adenozyny (ATP), nukleotydu dostarczającego energię komórkom.
Pirogronian jest dalej rozkładany na luźny węgiel i wodór, które mogą łączyć się z tlenem, tworząc dwutlenek węgla i NADH (cząsteczka transportująca elektrony). Jeśli nie ma tlenu, rozłożony pirogronian przechodzi przez proces zwany fermentacją, w wyniku którego powstaje kwas mlekowy.
Łańcuch transportu elektronów
Tlen jest ważny dla trzeciego etapu tlenowego cyklu komórkowego oddychania. Na tym etapie cząsteczki transportu elektronów przenoszą elektrony do komórek, gdzie są zbierane i wykorzystywane do produkcji ATP. Po wykorzystaniu elektronów łączą się z tlenem i wodorem, tworząc wodę i są eliminowane z organizmu.
Gdyby na tym etapie nie było tlenu, w układzie gromadziłyby się elektrony. Wkrótce łańcuch transportu elektronów zostanie zatkany i produkcja ATP ustanie. Doprowadziłoby to do śmierci komórki i śmierci organizmu.
Hemoglobina we krwi
Hemoglobina, czyli czerwone krwinki, to przede wszystkim transportery tlenu. Komórki te otrzymują tlen, gdy powietrze jest wdychane przez płuca. Tlen wiąże się z tymi komórkami, które następnie przenoszą go do serca. Serce rozprowadza natlenioną krew do komórek w całym ciele w procesie oddychania komórkowego.
Tymczasowa deprywacja
Podczas ćwiczeń organizm może wyczerpywać tlen szybciej, niż może zostać przeniesiony do komórek. Powoduje to czasową deprywację tlenu. W takim przypadku komórki mięśniowe mogą wykonywać oddychanie beztlenowe (bezpowietrzne) przez ograniczony czas. Oddychanie beztlenowe wytwarza kwas mlekowy, który gromadzi się w mięśniach, powodując skurcze i zmęczenie.
Deprywacja i śmierć
Jeśli komórki są przez długi czas pozbawione tlenu, organizm nie może przeżyć. Elektrony gromadzą się w systemie transportu elektronów, zatrzymując produkcję ATP. Bez ATP komórki nie mogą wykonywać ważnych funkcji, takich jak utrzymywanie bicia serca i poruszanie się płuc. Organizm wkrótce straci przytomność i umrze, jeśli tlen nie zostanie szybko przywrócony.