Oddychania komórkowego to proces, w którym komórki przekształcają glukozę (cukier) w dwutlenek węgla i wodę. W tym procesie energia w postaci cząsteczki zwanej adenozynotrifosforanlub ATP jest zwolniony. Ponieważ do napędzania tej reakcji wymagany jest tlen, oddychanie komórkowe jest również uważane za rodzaj reakcja „spalania”, w której cząsteczka organiczna (glukoza) jest utleniana lub spalana, uwalniając energię w proces.
Komórki potrzebują energii ATP do wykonywania wszystkich funkcji niezbędnych do życia. Ale ile ATP potrzebujemy? Gdyby nasze własne komórki nie zastępowały stale ATP poprzez oddychanie komórkowe, zużylibyśmy prawie całą masę naszego ciała w ATP w ciągu jednego dnia.
Oddychanie komórkowe odbywa się w trzech krokach: glikoliza, cykl kwasu cytrynowego i fosforylacja oksydacyjna.
Enzymy
Enzymy są białkami, które katalizują lub wpływają na szybkość reakcji chemicznych, nie ulegając zmianie w procesie. Specyficzne enzymy katalizują każdą reakcję komórkową.
Główną rolą enzymów podczas reakcji oddychania jest pomoc w przenoszeniu elektronów z jednej cząsteczki do drugiej. Transfery te nazywane są reakcjami „redoks”, w których utrata elektronów z jednej cząsteczki (utlenianie) musi zbiegać się z dodaniem elektronów do innej substancji (redukcja).
Glikoliza
Ten pierwszy etap reakcji oddechowej ma miejsce w cytoplazmalub płyn komórki. Glikoliza składa się z dziewięciu oddzielnych reakcji chemicznych, z których każda jest katalizowana przez określony enzym.
Kluczowymi graczami w glikolizie są enzym dehydrodgenaza i koenzym (pomocnik niebiałkowy) zwany NAD+. Dehydrodgenaza utlenia glukozę, usuwając z niej dwa elektrony i przenosząc je do NAD+. W tym procesie glukoza zostaje „rozszczepiona” na dwie cząsteczki pirogronianu, które kontynuują reakcję.
Cykl kwasu cytrynowego
Drugi etap reakcji oddychania odbywa się wewnątrz organelli komórkowych zwanej mitochondria, które ze względu na swoją rolę w produkcji ATP nazywane są „elektrowniami” dla ogniwa.
Tuż przed rozpoczęciem cyklu kwasu cytrynowego pirogronian jest „przygotowywany” do reakcji, przekształcając się w wysokoenergetyczną substancję zwaną acetylokoenzymem A lub acetylo-CoA.
Specyficzne enzymy znajdujące się w mitochondriach napędzają wiele reakcji, które tworzą kwas cytrynowy cykl (znany również jako cykl Krebsa) poprzez zmianę wiązań chemicznych i udział w większej ilości redoks reakcje.
Po zakończeniu tego etapu cząsteczki przenoszące elektrony opuszczają cykl kwasu cytrynowego i rozpoczynają trzeci etap.
Fosforylacja oksydacyjna
Ostatni etap reakcji oddechowej, zwany także łańcuch transportu elektronów, to miejsce, w którym energia pobierana jest przez komórkę. Podczas tego etapu tlen napędza łańcuch ruchu elektronów przez błonę mitochondriów. Ten transfer elektronów zasila zdolność enzymu syntazy ATP do wytwarzania 38 cząsteczek ATP.