Všetky organizmy využívajú molekulu tzv glukóza a proces sa volá glykolýza na splnenie niektorých alebo všetkých svojich energetických potrieb. Pre jednobunkové prokaryotické organizmy, ako sú baktérie, je to jediný dostupný proces na generovanie ATP (adenozíntrifosfát, „energetická mena“ buniek).
Eukaryotické organizmy (zvieratá, rastliny a huby) majú zložitejšie bunkové mechanizmy a môžu z molekuly glukózy dostať oveľa viac - v skutočnosti viac ako pätnásťkrát viac ATP. Je to tak preto, lebo tieto bunky využívajú bunkové dýchanie, ktoré ako celok predstavuje glykolýza plus aeróbne dýchanie.
Reakcia zahŕňajúca oxidačná dekarboxylácia v bunkovom dýchaní nazývanom mostná reakcia slúži ako centrum spracovania medzi striktne anaeróbnymi reakciami glykolýzy a dvoma krokmi aeróbneho dýchania, ktoré sa vyskytujú v mitochondriách. Tento mostíkový stupeň, formálnejšie nazývaný oxidácia pyruvátu, je preto nevyhnutný.
Blíži sa k mostu: glykolýza
Pri glykolýze premieňa šesťuhlíkovú molekulu cukru séria desiatich reakcií v bunkovej cytoplazme glukózy na dve molekuly pyruvátu, čo je zlúčenina s tromi uhlíkmi, pričom produkuje celkovo dva ATP molekuly. V prvej časti glykolýzy, ktorá sa nazýva investičná fáza, sú na presun reakcií skutočne potrebné dve ATP pokiaľ je to v druhej časti návratová fáza, je to viac ako kompenzované syntézou štyroch ATP molekuly.
Investičná fáza: Glukóza má pripojenú fosfátovú skupinu a potom je znovu usporiadaná do molekuly fruktózy. Táto molekula má zase pridanú fosfátovú skupinu a výsledkom je dvojnásobne fosforylovaná molekula fruktózy. Táto molekula sa potom rozdelí a stanú sa z nej dve identické trojuhlíkové molekuly, každá s vlastnou fosfátovou skupinou.
Fáza návratu: Každá z dvoch molekúl s tromi uhlíkmi má rovnaký osud: má pripojenú ďalšiu fosfátovú skupinu a každú z nich sa používa na výrobu ATP z ADP (adenozíndifosfátu), pričom sa preskupuje do pyruvátu molekula. Táto fáza tiež generuje molekulu NADH z molekuly NAD+.
Čistý energetický výnos je teda 2 ATP na glukózu.
Mostná reakcia
Mostná reakcia, nazývaná tiež prechodová reakcia, sa skladá z dvoch krokov. Prvý je dekarboxylácia pyruvátu a druhým je pripojenie toho, čo zostane, k molekule zvanej koenzým A.
Koniec molekuly pyruvátu je uhlík dvojne naviazaný na atóm kyslíka a jednoducho naviazaný na hydroxylovú (-OH) skupinu. V praxi je atóm H v hydroxylovej skupine disociovaný z atómu O, takže sa dá predpokladať, že táto časť pyruvátu má jeden atóm C a dva atómy O. Pri dekarboxylácii sa odstráni ako CO2alebo oxid uhličitý.
Potom bol pozostatok molekuly pyruvátu nazývaný acetylová skupina a mal vzorec CH3C (= O), sa pripojí ku koenzýmu A na mieste predtým obsadenom karboxylovou skupinou pyruvátu. V procese, NAD+ sa redukuje na NADH. Na molekulu glukózy je mostíková reakcia:
2 CH3C (= 0) C (0) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= 0) CoA + 2 NADH
Po moste: Aeróbne dýchanie
Krebsov cyklus: Krebsov cyklus sa nachádza v mitochondriálnej matrici (materiál vo vnútri membrán). Tu sa acetyl CoA kombinuje so štvoruhlíkovou molekulou nazývanou oxaloacetát a vytvára šesťuhlíkovú molekulu, citrát. Táto molekula je v rade krokov rozdelená späť na oxaloacetát a cyklus začína odznova.
Výsledkom sú 2 ATP spolu s 8 NADH a 2 FADH2 (elektrónové nosiče) pre ďalší krok.
Elektrónový transportný reťazec: Tieto reakcie prebiehajú pozdĺž vnútornej mitochondriálnej membrány, v ktorej sú zakomponované štyri špecializované skupiny koenzýmov pomenované Komplex I až IV. Tieto využívajú energiu v elektrónoch na NADH a FADH2 na pohon syntézy ATP, pričom konečným akceptorom elektrónov je kyslík.
Výsledkom je 32 až 34 ATP, čím sa celkový energetický výťažok bunkového dýchania nastaví na 36 až 38 ATP na molekulu glukózy.