De midler, hvormed cellerne i en levende ting ekstraherer energi fra bindingerne i organiske molekyler, afhænger af typen af organisme, der undersøges.
Prokaryoter (Bakterierne og Archaea-domænerne) er begrænset til anaerob respiration, fordi de ikke kan bruge ilt. Eukaryoter (domænet Eukaryota, der inkluderer dyr, planter, protisis og svampe) inkorporerer ilt i deres metaboliske processer og som et resultat kan opnå langt mere adenosintrifosfat (ATP) pr. brændstofmolekyle, der kommer ind i system.
Alle celler bruger dog den ti-trins række af reaktioner kollektivt kendt som glykolyse. I prokaryoter er dette normalt det eneste middel til at opnå ATP, den såkaldte "energivaluta" for alle celler.
I eukaryoter er det det første skridt i cellulær respiration, som også inkluderer to aerobe veje: Krebs cykler og elektrontransportkæde.
Glykolysereaktion
Det kombinerede slutprodukt af glykolyse er to molekyler af pyruvat pr. Molekyle glukose, der kommer ind i processen, plus to molekyler ATP og to af NADH, en såkaldt højenergi-elektronbærer.
Den komplette nettoreaktion af glykolyse er:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
Etiketten "net" er kritisk her, for i virkeligheden to ATP er nødvendige i den første del af glykolyse for at skabe de nødvendige betingelser for den anden del, hvor fire ATP genereres for at bringe den samlede balance til et plus-to i ATP-kolonnen.
Glykolysetrin
Hvert trin i glykolyse katalyseres af et bestemt enzym, som det er almindeligt for alle cellulære metaboliske reaktioner. Ikke alene er hver reaktion påvirket af et enzym, men hvert involveret enzym er specifikt for den pågældende reaktion. Derfor er der et en-til-en-reaktant-enzym-forhold på plads.
Glykolyse er typisk opdelt i to faser, der indikerer den involverede energistrøm.
Investeringsfase: De første fire reaktioner i glykolyse inkluderer phosphorylering af glucose, efter at den kommer ind i cellecytoplasmaet; omlejringen af dette molekyle til et andet seks-kulstof sukker (fruktose); phosphoryleringen af dette molekyle ved et andet carbon til dannelse af en forbindelse med to phosphatgrupper; opdelingen af dette molekyle i et par af tre-carbon-mellemprodukter, hver med sin egen fosfatgruppe bundet.
Udbetalingsfase: En af de to phosphatbærende tre-carbonforbindelser, der er skabt ved opdeling af fruktose-1,6-bisphosphat, dihydroxyacetonphosphat (DHAP), er omdannet til det andet, glyceraldehyd-3-phosphat (G3P), hvilket betyder, at der findes to G3P-molekyler på dette trin for hvert glucosemolekyle, der kommer ind glykolyse.
Dernæst phosphoryleres disse molekyler, og i de næste par trin skrælles phosphaterne af og bruges til at skabe ATP, da tre-carbon-molekylerne omarrangeres til pyruvat. Undervejs genereres to NADH fra NAD+, en pr. tre-kulstofmolekyle.
Således er nettoreaktionen ovenfor opfyldt, og du kan nu med sikkerhed svare på spørgsmålet, "Ved afslutningen af glykolyse, hvilke molekyler opnås?"
Efter glykolyse
I nærvær af ilt i eukaryote celler transporteres pyruvat til de kaldte organeller mitokondrier, som handler om aerob respiration. Pyruvat frasælges af et kulstof, der forlader processen i form af affaldsproduktet kuldioxid (CO2) og efterlades som actetylcoenzym A.
Krebs cyklus: I den mitokondriske matrix kombineres acetyl CoA med firecarbonforbindelsen oxaloacetat for at give seks-carbonmolekylcitratet. Dette molekyle parres tilbage til oxaloacetat med tabet af to CO2 og gevinsten på en ATP, tre NADH og en FADH2 (en anden elektronbærer) pr. cyklus.
Dette betyder, at du er nødt til at fordoble disse tal for at tage højde for, at to acetyl CoA indtaster Krebs cykler pr. molekyle glukose, der kommer ind i glykolyse.
Elektron transportkæde: I disse reaktioner, der forekommer på den mitokondrie membran, er hydrogenatomer (elektroner) fra de førnævnte elektronbærere fjernes deres bærermolekyler, der bruges til at drive syntesen af en hel del ATP, ca. 32 til 34 pr. "opstrøms" glucose molekyle.