Fire stadier av mobil respirasjon

Cellular respirasjon er summen av de forskjellige biokjemiske middelene som eukaryote organismer bruker for å ekstrahere energi fra mat, spesielt glukose molekyler.

Den cellulære respirasjonsprosessen inkluderer fire grunnleggende stadier eller trinn: Glykolyse, som forekommer i alle organismer, prokaryotiske og eukaryote; de broreaksjon, som setter scenen for aerob respirasjon; og Krebs sykler og elektrontransportkjede, oksygenavhengige veier som forekommer i rekkefølge i mitokondriene.

Trinnene for mobil respirasjon skjer ikke i samme hastighet, og det samme settet med reaksjoner kan fortsette med forskjellige hastigheter i samme organisme til forskjellige tider. For eksempel kan hastigheten på glykolyse i muskelceller forventes å øke kraftig under intens anaerob trening, som pådrar seg en "oksygengjeld", men trinnene for aerob respirasjon øker ikke merkbart med mindre trening utføres på et aerobt "pay-as-you-go" intensitetsnivå.

Det komplette cellulær respirasjonsformel

Samlet sett omdannes glukosen med seks karbonmolekyler til karbondioksid og vann i nærvær av oksygen for å gi 36 til 38 molekyler ATP (adenosintrifosfat, den naturomfattende "energivalutaen" til celler). Denne kjemiske ligningen er representert av følgende ligning:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 12 H₂O + 36 ATP

Den første fasen av cellulær respirasjon er glykolyse, som er et sett med ti reaksjoner som ikke krever oksygen og derfor forekommer i hver levende celle. Prokaryoter (fra domenene Bacteria and the Archaea, tidligere kalt "archaebacteria") bruker glykolyse nesten utelukkende, mens eukaryoter (dyr, sopp, protister og planter) bruker det hovedsakelig som en borddekker for de mer energisk lukrative reaksjoner av aerobisk respirasjon.

Glykolyse finner sted i cytoplasmaet. I "investeringsfasen" av prosessen forbrukes to ATP når to fosfater tilsettes glukosederivatet før den deles i to tre-karbonforbindelser. Disse blir transformert til to molekyler av pyruvat, 2 NADH og fire ATP for en nettogevinst på to ATP.

Den andre fasen av cellulær respirasjon, overgang eller broreaksjon, får mindre oppmerksomhet enn resten av mobil respirasjon. Som navnet antyder, ville det imidlertid ikke være noen måte å komme fra glykolyse til de aerobe reaksjonene utenom det.

I denne reaksjonen, som forekommer i mitokondriene, blir de to pyruvatmolekylene fra glykolyse omdannet til to molekyler av acetylkoenzym A (acetyl CoA), med to molekyler av CO₂ produsert som metabolsk avfall. Ingen ATP produseres.

De Krebs sykler genererer ikke mye energi (to ATP), men ved å kombinere to-karbonmolekylet acetyl CoA med fire-karbonmolekylet oksaloacetat, og sykle det resulterende produktet gjennom en serie overganger som trimmer molekylet tilbake til oksaloacetat, det genererer åtte NADH og to FADH₂, en annen elektronbærer (fire NADH og en FADH₂ per glukosemolekyl inn i cellulær respirasjon ved glykolyse).

Disse molekylene er nødvendige for elektrontransportkjede, og i løpet av syntesen, fire til₂ molekyler kastes fra cellen som avfall.

Den fjerde og siste fasen av mobil respirasjon er der den største energien "skapes". Elektronene som bæres av NADH og FADH₂ blir trukket fra disse molekylene av enzymer i mitokondriell membran og brukes til å drive en prosess som kalles oksidativ fosforylering, hvor en elektrokjemisk gradient drevet av frigjøringen av de nevnte elektronene gir tilsetning av fosfatmolekyler til ADP for å produsere ATP.

Oksygen kreves for dette trinnet, da det er den endelige elektronakseptoren i kjeden. Dette skaper H₂O, så dette trinnet er hvor vannet i den cellulære respirasjonsligningen kommer fra.

I alt genereres 32 til 34 molekyler ATP i dette trinnet, avhengig av hvordan energiutbyttet oppsummeres. Og dermed cellulær respirasjon gir totalt 36 til 38 ATP: 2 + 2 + (32 eller 34).