Клетъчно дишане е процесът, при който клетките превръщат глюкозата (захар) във въглероден диоксид и вода. В процеса енергията под формата на молекула, наречена аденозин трифосфат, или ATP, се освобождава. Тъй като за засилване на тази реакция е необходим кислород, клетъчното дишане също се счита за вид „Изгаряща“ реакция, при която органична молекула (глюкоза) се окислява или изгаря, освобождавайки енергия в процес.
Клетките изискват АТФ енергия, за да изпълняват всички функции, необходими за живота. Но колко ATP ни трябва? Ако нашите собствени клетки не заместват АТФ постоянно чрез клетъчно дишане, ние ще изразходваме почти цялото си телесно тегло в АТФ за един ден.
Клетъчното дишане се осъществява в три стъпки: гликолиза, цикъла на лимонената киселина и окислително фосфорилиране.
Ензими
Ензими са протеини, които катализират или влияят на скоростта на химичните реакции, без те сами да се променят в процеса. Специфични ензими катализират всяка клетъчна реакция.
Основната роля на ензимите по време на дихателната реакция е да подпомагат прехвърлянето на електрони от една молекула в друга. Тези трансфери се наричат „редокс“ реакции, при които загубата на електрони от една молекула (окисление) трябва да съвпада с добавянето на електрони към друго вещество (редукция).
Гликолиза
Тази първа стъпка от дихателната реакция се провежда в цитоплазмаили течност на клетката. Гликолизата се състои от девет отделни химични реакции, всяка катализирана от специфичен ензим.
Ключовите играчи в гликолизата са ензимът дехидрогеназа и коензим (непротеинов помощник), наречен NAD +. Дехидрогеназата окислява глюкозата, като отнема два електрона от нея и ги прехвърля в NAD +. В процеса глюкозата се „разделя” на две молекули пируват, които продължават реакцията.
Цикълът на лимонената киселина
Втората стъпка от дихателната реакция се провежда в клетъчната органела, наречена митохондрии, които поради ролята си в производството на АТФ се наричат „фабрики за захранване“ за клетката.
Точно преди да започне цикъла на лимонената киселина, пируватът се „подготвя“ за реакцията, като се превръща във високоенергийно вещество, наречено ацетил коензим А или ацетил-КоА.
Тогава специфични ензими, разположени в митохондриите, задвижват многото реакции, изграждащи лимонената киселина цикъл (известен също като цикъл на Кребс) чрез пренареждане на химични връзки и участие в повече редокс реакции.
След завършване на тази стъпка молекулите, носещи електрон, напускат цикъла на лимонената киселина и започват третата стъпка.
Окислително фосфорилиране
Последната стъпка на дихателната реакция, наричана още електронна транспортна верига, е мястото, където се получава енергийното изплащане за клетката. По време на тази стъпка кислородът задвижва верига от движение на електроните през мембраната на митохондриите. Този трансфер на електрони засилва способността на ензима АТФ синтаза да произвежда 38 молекули АТФ.