Cellulaire ademhaling is de som van de verschillende biochemische middelen die eukaryote organismen gebruiken om te extraheren energie van voedsel, in het bijzonder glucose moleculen.
Het cellulaire ademhalingsproces omvat vier basisstadia of stappen: glycolyse, die voorkomt in alle organismen, prokaryotisch en eukaryotisch; de brug reactie, die het toneel vormt voor aërobe ademhaling; en de citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen, zuurstofafhankelijke routes die opeenvolgend voorkomen in de mitochondriën.
De stappen van cellulaire ademhaling vinden niet met dezelfde snelheid plaats en dezelfde reeks reacties kan in hetzelfde organisme op verschillende tijdstippen met verschillende snelheden verlopen. Er wordt bijvoorbeeld verwacht dat de snelheid van glycolyse in spiercellen tijdens intense anaëroob oefening, die een "zuurstofschuld" met zich meebrengt, maar de stappen van aërobe ademhaling worden niet merkbaar versneld, tenzij de oefening wordt uitgevoerd op een aëroob, "betalen-naar-gebruik"-intensiteitsniveau.
Cellulaire ademhalingsvergelijking
Het complete cellulaire ademhaling formule ziet er enigszins anders uit van bron tot bron, afhankelijk van wat de auteurs kiezen om op te nemen als zinvolle reactanten en producten. Veel bronnen laten bijvoorbeeld de elektronendragers NAD. weg+/NADH en FAD2+/FADH2 uit de biochemische balans.
In het algemeen wordt de glucose van het suikermolecuul met zes koolstofatomen in aanwezigheid van zuurstof omgezet in koolstofdioxide en water om 36 tot 38 moleculen ATP op te leveren (adenosine trifosfaat, de natuurbrede "energievaluta" van cellen). Deze chemische vergelijking wordt weergegeven door de volgende vergelijking:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP
glycolyse
De eerste fase van cellulaire ademhaling is: glycolyse, een reeks van tien reacties die geen zuurstof nodig hebben en die daarom in elke levende cel voorkomen. Prokaryoten (van de domeinen Bacteria en de Archaea, voorheen "archaebacteria" genoemd) maken bijna uitsluitend gebruik van glycolyse, overwegende dat eukaryoten (dieren, schimmels, protisten en planten) het voornamelijk gebruiken als tafelzetter voor de meer energetisch lucratieve reacties van aërobe ademhaling.
Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma. In de "investeringsfase" van het proces worden twee ATP's verbruikt als twee fosfaten worden toegevoegd aan het glucosederivaat voordat het wordt gesplitst in twee drie-koolstofverbindingen. Deze worden omgezet in twee moleculen van pyruvaat, 2 NADH en vier ATP voor a nettowinst van twee ATP.
De brugreactie
De tweede fase van cellulaire ademhaling, de overgang of brug reactie, krijgt minder aandacht dan de rest van de cellulaire ademhaling. Zoals de naam al aangeeft, zou er echter geen manier zijn om van glycolyse naar de aerobe reacties daarbuiten te komen zonder.
Bij deze reactie, die plaatsvindt in de mitochondriën, worden de twee pyruvaatmoleculen uit de glycolyse omgezet in twee moleculen acetyl-co-enzym A (acetyl CoA), met twee moleculen CO2 geproduceerd als metabolisch afval. Er wordt geen ATP geproduceerd.
De Krebs-cyclus
De citroenzuurcyclus wekt niet veel energie op (twee ATP), maar door het twee-koolstofmolecuul acetyl CoA te combineren met het vier-koolstofmolecuul oxaalacetaat, en fietsen het resulterende product door een reeks overgangen die het molecuul terugsnoeien tot oxaalacetaat, het genereert acht NADH en twee FADH2, een andere elektronendrager (vier NADH en één FADH2 per glucosemolecuul dat de cellulaire ademhaling binnenkomt bij glycolyse).
Deze moleculen zijn nodig voor de elektronentransportketen, en in de loop van hun synthese, nog vier CO2 moleculen worden als afval uit de cel afgestoten.
De elektronentransportketen
De vierde en laatste fase van cellulaire ademhaling is waar de belangrijkste energie "creatie" wordt gedaan. De elektronen gedragen door NADH en FADH2 worden uit deze moleculen getrokken door enzymen in de mitochondriaal membraan en gebruikt om een proces aan te sturen dat oxidatieve fosforylering wordt genoemd, waarbij een elektrochemische gradiënt wordt aangedreven door het vrijkomen van de bovengenoemde elektronen zorgt voor de toevoeging van fosfaatmoleculen aan ADP om te produceren ATP.
Zuurstof is vereist voor deze stap, omdat het de laatste elektronenacceptor in de keten is. Dit creëert H2O, dus deze stap is waar het water in de cellulaire ademhalingsvergelijking vandaan komt.
In totaal worden in deze stap 32 tot 34 moleculen ATP gegenereerd, afhankelijk van hoe de energieopbrengst wordt opgeteld. Dus cellulaire ademhaling levert in totaal 36 tot 38 ATP. op: 2 + 2 + (32 of 34).