Alle organismer bruker et molekyl som kalles glukose og en prosess som heter glykolyse for å dekke noen eller alle energibehovene deres. For encellede prokaryote organismer, for eksempel bakterier, er dette den eneste prosessen som er tilgjengelig for å generere ATP (adenosintrifosfat, "energivalutaen" til celler).
Eukaryote organismer (dyr, planter og sopp) har mer sofistikert mobilmaskineri og kan få mye mer ut av et glukosemolekyl - faktisk mer enn femten ganger så mye ATP. Dette er fordi disse cellene benytter mobil respirasjon, som i sin helhet er glykolyse pluss aerob respirasjon.
En reaksjon som involverer oksidativ dekarboksylering i mobil respirasjon kalt broreaksjon fungerer som et behandlingssenter mellom de strengt anaerobe reaksjonene av glykolyse og de to trinnene med aerob respirasjon som forekommer i mitokondriene. Dette brostadiet, mer formelt kalt pyruvatoksidasjon, er altså viktig.
Nærmer seg broen: Glykolyse
I glykolyse omdanner en serie på ti reaksjoner i cellecytoplasma seks-karbon sukkermolekylet glukose i to molekyler av pyruvat, en tre-karbonforbindelse, mens de produserer totalt to ATP molekyler. I den første delen av glykolyse, kalt investeringsfasen, er det faktisk behov for to ATP for å flytte reaksjonene sammen, mens i den andre delen, returfasen, blir dette mer enn kompensert av syntesen av fire ATP molekyler.
Investeringsfase: Glukose har en fosfatgruppe festet og blir deretter omorganisert til et fruktosemolekyl. Dette molekylet har igjen tilsatt en fosfatgruppe, og resultatet er et dobbelt fosforylert fruktosemolekyl. Dette molekylet blir deretter delt og blir to identiske tre-karbonmolekyler, hver med sin egen fosfatgruppe.
Returfase: Hver av de to tre-karbonmolekylene har samme skjebne: Den har en annen fosfatgruppe festet, og hver av disse brukes til å lage ATP fra ADP (adenosindifosfat) mens det blir omorganisert til et pyruvat molekyl. Denne fasen genererer også et NADH-molekyl fra et NAD-molekyl+.
Netto energiutbytte er altså 2 ATP per glukose.
Broreaksjonen
Broreaksjonen, også kalt overgangsreaksjon, består av to trinn. Den første er dekarboksylering av pyruvat, og det andre er feste av det som er igjen til et molekyl som heter koenzym A.
Slutten av pyruvatmolekylet er et karbon dobbeltbundet til et oksygenatom og enkeltbundet til en hydroksyl (-OH) gruppe. I praksis er H-atomet i hydroksylgruppen dissosiert fra O-atomet, så denne delen av pyruvat kan tenkes å ha ett C-atom og to O-atomer. Ved dekarboksylering fjernes dette som CO2, eller karbondioksid.
Deretter kalles resten av pyruvatmolekylet en acetylgruppe med formelen CH3C (= O), blir bundet til koenzym A på stedet som tidligere var okkupert av karboksylgruppen av pyruvat. I prosessen, NAD+ er redusert til NADH. Per molekyl glukose er broreaksjonen:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Etter broen: aerob respirasjon
Krebs-syklus: Krebs-syklusplasseringen er i mitokondrie-matrisen (materialet inne i membranene). Her kombineres acetyl CoA med et fire-karbonmolekyl kalt oksaloacetat for å skape et seks-karbonmolekyl, sitrat. Dette molekylet blir paret ned til oksaloacetat i en serie trinn, og starter syklusen på nytt.
Resultatet er 2 ATP sammen med 8 NADH og 2 FADH2 (elektronbærere) for neste trinn.
Elektron transportkjede: Disse reaksjonene forekommer langs den indre mitokondrie-membranen, hvor fire spesialiserte koenzymgrupper, kalt kompleks I til IV, er innebygd. Disse bruker energien i elektronene på NADH og FADH2 til å drive ATP-syntese, med oksygen som den siste elektronakseptoren.
Resultatet er 32 til 34 ATP, noe som setter det totale energiutbyttet av cellulær respirasjon på 36 til 38 ATP per molekyl glukose.
