Toate organismele folosesc o moleculă numită glucoză și un proces numit glicoliză pentru a satisface o parte sau toate nevoile lor energetice. Pentru organismele procariote unicelulare, cum ar fi bacteriile, acesta este singurul proces disponibil pentru generarea ATP (adenozin trifosfat, „moneda energetică” a celulelor).
Organisme eucariote (animale, plante și ciuperci) au mașini celulare mai sofisticate și pot obține mult mai mult dintr-o moleculă de glucoză - de fapt, de peste cincisprezece ori mai mult decât ATP. Acest lucru se datorează faptului că aceste celule utilizează respirația celulară, care în întregime este glicoliză plus respirație aerobă.
O reacție care implică decarboxilarea oxidativă în respirația celulară numită reacție pod servește ca centru de procesare între reacțiile strict anaerobe ale glicolizei și cele două etape ale respirației aerobe care apar în mitocondrii. Această etapă de punte, denumită mai mult oxidarea piruvatului, este astfel esențială.
Apropierea podului: glicoliză
În glicoliză, o serie de zece reacții în citoplasma celulară transformă molecula de zahăr cu șase carbon glucoză în două molecule de piruvat, un compus cu trei atomi de carbon, producând în același timp doi ATP molecule. În prima parte a glicolizei, numită faza de investiții, sunt necesare de fapt două ATP pentru a muta reacțiile de-a lungul, în timp ce în a doua parte, faza de întoarcere, acest lucru este mai mult decât compensat prin sinteza a patru ATP molecule.
Faza de investiții: Glucoza are o grupare fosfat atașată și apoi este rearanjată într-o moleculă de fructoză. La rândul său, această moleculă a adăugat o grupare fosfat, iar rezultatul este o moleculă de fructoză dublu fosforilată. Această moleculă este apoi împărțită și devine două molecule identice cu trei carbon, fiecare cu propriul grup fosfat.
Faza de întoarcere: Fiecare dintre cele două molecule de trei carbon are aceeași soartă: are atașată o altă grupă fosfat și fiecare dintre acestea se utilizează pentru a produce ATP din ADP (adenozin difosfat) în timp ce sunt rearanjate într-un piruvat moleculă. Această fază generează, de asemenea, o moleculă de NADH dintr-o moleculă de NAD+.
Randamentul net de energie este astfel de 2 ATP per glucoză.
Reacția Podului
Reacția pod, numită și reacție de tranziție, constă din două etape. Primul este decarboxilare de piruvat, iar al doilea este atașarea a ceea ce este lăsat la o moleculă numită coenzima A.
Capătul moleculei de piruvat este un carbon dublu legat la un atom de oxigen și unic legat la o grupare hidroxil (-OH). În practică, atomul H din gruparea hidroxil este disociat de atomul O, deci această porțiune de piruvat poate fi considerată ca având un atom de C și doi atomi de O. În decarboxilare, acesta este îndepărtat ca CO2, sau dioxid de carbon.
Apoi, rămășița moleculei de piruvat, numită grupare acetil și având formula CH3C (= O), se unește cu coenzima A la locul anterior ocupat de grupul carboxil de piruvat. În acest proces, NAD+ este redus la NADH. Per moleculă de glucoză, reacția puntei este:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
După Pod: Respirație aerobă
Ciclul Krebs: Localizarea ciclului Krebs se află în matricea mitocondrială (materialul din interiorul membranelor). Aici, acetil CoA se combină cu o moleculă de patru carbon numită oxaloacetat pentru a crea o moleculă cu șase carbon, citrat. Această moleculă este redusă la oxaloacetat într-o serie de pași, începând din nou ciclul.
Rezultatul este 2 ATP împreună cu 8 NADH și 2 FADH2 (purtători de electroni) pentru pasul următor.
Lanțul de transport al electronilor: Aceste reacții apar de-a lungul membranei mitocondriale interioare, în care sunt încorporate patru grupuri specializate de coenzime, denumite Complex I-IV. Aceștia folosesc energia din electronii de pe NADH și FADH2 pentru a conduce sinteza ATP, oxigenul fiind ultimul acceptor de electroni.
Rezultatul este de 32 până la 34 de ATP, plasând randamentul total al energiei respirației celulare la 36 până la 38 de ATP pe moleculă de glucoză.