Visi organizmai naudoja vadinamąją molekulę gliukozės ir vadinamas procesas glikolizė patenkinti kai kuriuos ar visus jų energijos poreikius. Vienaląsčiams prokariotiniams organizmams, pavyzdžiui, bakterijoms, tai yra vienintelis galimas procesas ATP (adenozino trifosfato, ląstelių „energijos valiutos“) generavimui.
Eukariotiniai organizmai (gyvūnai, augalai ir grybai) turi sudėtingesnę ląstelių mechanizmą ir gali gauti daug daugiau iš gliukozės molekulės - daugiau nei penkiolika kartų daugiau ATP. Taip yra todėl, kad šiose ląstelėse naudojamas ląstelinis kvėpavimas, kuris visas yra glikolizė plius aerobinis kvėpavimas.
Reakcija, apimanti oksidacinis dekarboksilinimas ląsteliniame kvėpavime vadinamas tilto reakcija tarnauja kaip apdorojimo centras tarp griežtai anaerobinių glikolizės reakcijų ir dviejų aerobinio kvėpavimo etapų, vykstančių mitochondrijose. Taigi ši tiltinė stadija, formaliau vadinama piruvato oksidacija, yra būtina.
Artėjimas prie tilto: glikolizė
Vykdant glikolizę, ląstelių citoplazmoje vykstanti dešimties reakcijų paverčia šešių anglių cukraus molekulę gliukozę į dvi piruvato, trijų anglies junginių, molekules, o iš viso susidaro dvi ATP molekulės. Pirmojoje glikolizės dalyje, vadinamoje investavimo faze, reakcijoms judėti iš tikrųjų reikia dviejų ATP o antrojoje dalyje - grįžimo fazėje, tai daugiau nei kompensuoja keturių ATP sintezė molekulės.
Investavimo etapas: Gliukozė turi fosfatų grupę ir yra pertvarkoma į fruktozės molekulę. Ši molekulė savo ruožtu turi fosfatų grupę, kurios rezultatas yra dvigubai fosforilinta fruktozės molekulė. Tada ši molekulė padalijama ir tampa dviem vienodomis trijų anglies molekulėmis, kurių kiekviena turi savo fosfatų grupę.
Grįžimo etapas: Kiekviena iš dviejų trijų anglies molekulių likimas yra tas pats: ji turi kitą fosfatų grupę ir kiekvieną iš jų naudojama ATP iš ADP (adenozino difosfato) gaminti, tuo pačiu pertvarkant į piruvatą molekulė. Ši fazė taip pat generuoja NADH molekulę iš NAD molekulės+.
Taigi grynasis energijos derlius yra 2 ATP gliukozei.
Tiltinė reakcija
Tiltinė reakcija, dar vadinama perėjimo reakcija, susideda iš dviejų žingsnių. Pirmasis yra dekarboksilinimas piruvato, o antrasis yra to, kas liko, prijungimas prie molekulės, vadinamos kofermentas A.
Piruvato molekulės galas yra anglis, dvigubai sujungta su deguonies atomu ir vienkartiškai sujungta su hidroksilo (-OH) grupe. Praktiškai hidroksilo grupės H atomas yra atsiribojęs nuo O atomo, todėl galima manyti, kad ši piruvato dalis turi vieną C atomą ir du O atomus. Dekarboksilinant, jis pašalinamas kaip CO2arba anglies dvideginis.
Tada piruvato molekulės liekana, vadinama acetilo grupe, kurios formulė CH3C (= O), susijungia su kofermentu A toje vietoje, kurią anksčiau užėmė piruvato karboksilo grupė. Procese NAD+ yra sumažintas iki NADH. Vienai gliukozės molekulei tiltinė reakcija yra:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Po tiltu: aerobinis kvėpavimas
Krebso ciklas: Krebso ciklo vieta yra mitochondrijų matricoje (medžiaga, esanti membranų viduje). Čia acetilo CoA susijungia su keturių anglių molekule, vadinama oksaloacetatu, ir sukuria šešių anglių molekulę - citratą. Ši molekulė sugretinama atgal į oksaloacetatą, pradedant ciklą iš naujo.
Rezultatas yra 2 ATP kartu su 8 NADH ir 2 FADH2 (elektronų nešėjai) kitam žingsniui.
Elektronų transportavimo grandinė: Šios reakcijos vyksta palei vidinę mitochondrijų membraną, kurioje yra keturios specializuotos kofermento grupės, pavadintos „I – IV kompleksas“. Jie naudoja NADH ir FADH2 elektronų energiją ATP sintezei skatinti, o deguonis yra galutinis elektronų akceptorius.
Rezultatas yra 32–34 ATP, o bendras ląstelių kvėpavimo energijos kiekis yra 36–38 ATP vienoje gliukozės molekulėje.