Hvilke midler cellene i en levende ting trekker ut energi fra bindingene i organiske molekyler avhenger av hvilken type organisme som studeres.
Prokaryoter (Bakteriene og Archaea-domenene) er begrenset til anaerob respirasjon fordi de ikke kan bruke oksygen. Eukaryoter (domenet Eukaryota, som inkluderer dyr, planter, protisis og sopp) innlemmer oksygen i deres metabolske prosesser og som et resultat kan oppnå langt mer adenosintrifosfat (ATP) per drivstoffmolekyl som kommer inn i system.
Alle celler bruker imidlertid den ti-trinnsserien av reaksjoner som kollektivt kalles glykolyse. I prokaryoter er dette vanligvis det eneste middelet for å skaffe ATP, den såkalte "energivalutaen" til alle celler.
I eukaryoter er det det første trinnet i mobil respirasjon, som også inkluderer to aerobe veier: Krebs sykler og elektrontransportkjede.
Glykolysereaksjon
Det kombinerte sluttproduktet av glykolyse er to molekyler av pyruvat per molekyl glukose som kommer inn i prosessen, pluss to molekyler ATP og to av NADH, en såkalt høyenergi-elektronbærer.
Den komplette netto reaksjonen av glykolyse er:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
Merket "nett" er kritisk her, for i virkeligheten, to ATP er nødvendig i den første delen av glykolyse for å skape de nødvendige forholdene for den andre delen, der fire ATP genereres for å bringe den samlede balansen til et pluss-to i ATP-kolonnen.
Glykolysetrinn
Hvert trinn i glykolyse katalyseres av et bestemt enzym, slik det er vanlig for alle cellulære metabolske reaksjoner. Ikke bare er hver reaksjon påvirket av et enzym, men hvert involvert enzym er spesifikt for den aktuelle reaksjonen. Derfor er det et reaktant-enzym-forhold på en til en på plass.
Glykolyse er vanligvis delt inn i to faser som indikerer energistrømmen involvert.
Investeringsfase: De første fire reaksjonene av glykolyse inkluderer fosforylering av glukose etter at den kommer inn i cellecytoplasmaet; omlegging av dette molekylet til et annet seks-karbon sukker (fruktose); fosforylering av dette molekylet ved et annet karbon for å gi en forbindelse med to fosfatgrupper; splittelsen av dette molekylet i et par tre-karbon mellomprodukter, hver med sin egen fosfatgruppe festet.
Utbetalingsfase: En av de to fosfatbærende tre-karbonforbindelsene opprettet ved spaltning av fruktose-1,6-bisfosfat, dihydroksyacetonfosfat (DHAP), er konvertert til det andre, glyseraldehyd-3-fosfat (G3P), noe som betyr at to molekyler av G3P eksisterer på dette stadiet for hvert glukosemolekyl som kommer inn glykolyse.
Deretter fosforyleres disse molekylene, og i de neste trinnene skrelles fosfatene av og brukes til å lage ATP når tre-karbonmolekylene omorganiseres til pyruvat. Underveis genereres to NADH fra NAD+, en per tre-karbonmolekyl.
Dermed er netto-reaksjonen oppfylt, og du kan nå trygt svare på spørsmålet: "På slutten av glykolyse, hvilke molekyler oppnås?"
Etter glykolyse
I nærvær av oksygen i eukaryote celler, blir pyruvat skutt til de organellene som kalles mitokondrier, som handler om aerobisk respirasjon. Pyruvat avhendes av et karbon som går ut av prosessen i form av avfallsproduktet karbondioksid (CO2), og etterlatt som actetylkoenzym A.
Krebs syklus: I mitokondriell matrise kombineres acetyl CoA med firkarbonforbindelsen oksaloacetat for å gi seks-karbonmolekylsitratet. Dette molekylet blir paret ned til oksaloacetat, med tap av to CO2 og gevinsten på en ATP, tre NADH og en FADH2 (en annen elektronbærer) per omgang av syklusen.
Dette betyr at du må doble disse tallene for å gjøre rede for at to acetyl CoA kommer inn i Krebs sykler per molekyl glukose som kommer inn i glykolyse.
Elektron transportkjede: I disse reaksjonene, som forekommer på mitokondriell membran, er hydrogenatomene (elektronene) fra de nevnte elektronbærerne blir fjernet fra bærermolekylene som brukes til å drive syntesen av mye ATP, omtrent 32 til 34 per "oppstrøms" glukose molekyl.
