Kõik organismid kasutavad molekuli, mida nimetatakse glükoos ja nn protsess glükolüüs osaliselt või täielikult nende energiavajaduse rahuldamiseks. Üherakuliste prokarüootsete organismide, näiteks bakterite puhul on see ainus ATP (adenosiinitrifosfaat, rakkude "energiavaluuta") genereerimiseks saadaval olev protsess.
Eukarüootsed organismid (loomadel, taimedel ja seentel) on keerukam rakumehhanism ja nad saavad glükoosi molekulist palju rohkem - tegelikult üle viieteistkümne korra rohkem ATP-d. Seda seetõttu, et need rakud kasutavad rakuhingamist, mis tervikuna on glükolüüs pluss aeroobne hingamine.
Reaktsioon, mis hõlmab oksüdatiivne dekarboksüülimine rakulises hingamises, mida nimetatakse silla reaktsioon toimib töötlemiskeskusena glükolüüsi rangelt anaeroobsete reaktsioonide ja mitokondrites esinevate aeroobse hingamise kahe etapi vahel. See sillaetapp, mida ametlikumalt nimetatakse püruvaadi oksüdatsiooniks, on seega hädavajalik.
Sillale lähenemine: glükolüüs
Glükolüüsi korral muudab raku tsütoplasmas kümne reaktsiooni seeria kuue süsinikuga suhkru molekuli glükoos kaheks püruvaadi molekuliks, kolmesüsinikuliseks ühendiks, moodustades samal ajal kokku kaks ATP-d molekulid. Glükolüüsi esimeses osas, mida nimetatakse investeerimisfaasiks, on reaktsioonide liigutamiseks tegelikult vaja kahte ATP-d samal ajal kui teises osas, tagasipöördumisfaasis, kompenseerib seda rohkem kui nelja ATP süntees molekulid.
Investeerimise etapp: Glükoosil on kinnitatud fosfaatrühm ja see paigutatakse seejärel fruktoosimolekuliks. Sellele molekulile on omakorda lisatud fosfaatrühm ja tulemuseks on kahekordselt fosforüülitud fruktoosimolekul. Seejärel see molekul jaguneb ja muutub kaheks identseks kolme süsiniku molekuliks, millel on mõlemal oma fosfaatrühm.
Tagastamisfaas: Mõlemal kolmel süsinikmolekulil on sama saatus: sellel on seotud teine fosfaatrühm ja igaüks neist neist kasutatakse ATP valmistamiseks ADP-st (adenosiindifosfaadist), samal ajal kui see on ümber püruvaadiks molekul. See faas genereerib NADH molekulist ka NADH molekuli+.
Netoenergia saagis on seega 2 ATP glükoosi kohta.
Silla reaktsioon
Sildreaktsioon, mida nimetatakse ka üleminekureaktsioonkoosneb kahest etapist. Esimene on dekarboksüülimine püruvaadist ja teine on järelejäänud ühendamine nn molekuli külge koensüüm A.
Püruvaadi molekuli ots on hapniku aatomiga kaksiksidemega ja hüdroksüül (-OH) rühmaga ühekordselt seotud süsinik. Praktikas on hüdroksüülrühma H-aatom eraldatud O-aatomist, mistõttu võib püruvaadi selles osas pidada ühte C-aatomit ja kahte O-aatomit. Dekarboksüülimisel eemaldatakse see CO-na2või süsinikdioksiid.
Seejärel püruvaadi molekuli jääk, mida nimetatakse atsetüülrühmaks ja valemiga CH3C (= O), liitub koensüümiga A selles kohas, mis oli varem hõivatud püruvaadi karboksüülrühmaga. Selle käigus NAD+ on vähendatud NADH-ni. Glükoosi molekuli kohta on sillareaktsioon:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Pärast silda: aeroobne hingamine
Krebsi tsükkel: Krebsi tsükli asukoht on mitokondriaalses maatriksis (membraanide sees olev materjal). Siin ühendub atsetüül CoA nelja süsiniku molekuliga, mida nimetatakse oksaloatsetaadiks, et luua kuue süsinikuga molekul, tsitraat. See molekul parseldatakse oksalatsetaadiks järjestikuste sammude kaupa, alustades tsüklit uuesti.
Tulemuseks on 2 ATP koos 8 NADH ja 2 FADH-ga2 (elektronikandjad) järgmiseks sammuks.
Elektroni transpordikett: Need reaktsioonid toimuvad mööda sisemist mitokondriaalset membraani, millesse on kinnitatud neli spetsiaalset koensüümide rühma, nimega kompleks I kuni IV. Need kasutavad NADH ja FADH2 elektronide energiat ATP sünteesi juhtimiseks, kusjuures lõplik elektronide aktseptor on hapnik.
Tulemuseks on 32 kuni 34 ATP, mis paneb rakuhingamise üldise energia saagiseks 36 kuni 38 ATP glükoosi molekuli kohta.