Vsi organizmi uporabljajo molekulo, imenovano glukoza in proces imenovan glikoliza za zadovoljevanje nekaterih ali vseh njihovih energetskih potreb. Za enocelične prokariontske organizme, kot so bakterije, je to edini na voljo za tvorjenje ATP (adenozin trifosfat, "energijska valuta" celic).
Evkariontski organizmi (živali, rastline in glive) imajo bolj dovršene celične stroje in lahko iz molekule glukoze dobijo veliko več - pravzaprav več kot petnajstkrat več ATP. To je zato, ker te celice uporabljajo celično dihanje, ki je v celoti glikoliza in aerobno dihanje.
Reakcija, ki vključuje oksidativna dekarboksilacija v celičnem dihanju, imenovano mostna reakcija služi kot procesno središče med strogo anaerobnimi reakcijami glikolize in dvema stopnjama aerobnega dihanja, ki se pojavita v mitohondrijih. Ta mostna stopnja, bolj formalno imenovana oksidacija piruvata, je zato bistvenega pomena.
Približevanje mostu: glikoliza
Pri glikolizi niz desetih reakcij v celični plazmi pretvori molekulo sladkorja s šestimi ogljiki glukoze v dve molekuli piruvata, spojine s tremi ogljiki, hkrati pa proizvedeta dva ATP molekul. V prvem delu glikolize, imenovanem investicijska faza, sta dejansko potrebna dva ATP za premikanje reakcij medtem ko je v drugem delu, povratni fazi, to več kot kompenzirano s sintezo štirih ATP molekul.
Faza naložbe: Glukoza ima pritrjeno fosfatno skupino in jo nato preuredi v molekulo fruktoze. Ta molekula ima nato dodano fosfatno skupino, rezultat pa je dvojno fosforilirana molekula fruktoze. Ta molekula se nato razcepi in postane dve enaki molekuli s tremi ogljiki, vsaka s svojo fosfatno skupino.
Faza povratka: Vsaka od dveh molekul s tremi ogljiki ima enako usodo: ima pritrjeno še eno fosfatno skupino in vsako od tega se uporablja za izdelavo ATP iz ADP (adenozin difosfata), medtem ko se preuredi v piruvat molekula. Ta faza tudi generira molekulo NADH iz molekule NAD+.
Neto donos energije je tako 2 ATP na glukozo.
Mostna reakcija
Mostna reakcija, imenovana tudi reakcija prehoda, je sestavljen iz dveh korakov. Prvi je dekarboksilacija piruvata, drugi pa je pritrditev tistega, kar ostane na molekulo, imenovano koencim A.
Konec molekule piruvata je ogljik, dvojno vezan na atom kisika in enojno vezan na hidroksilno (-OH) skupino. V praksi je atom H v hidroksilni skupini ločen od atoma O, zato lahko za ta del piruvata mislimo, da ima en atom C in dva atoma O. Pri dekarboksilaciji se ta odstrani kot CO2, ali ogljikov dioksid.
Nato ostanek molekule piruvata, imenovan acetilna skupina in ima formulo CH3C (= O), se pridruži koencimu A na mestu, ki ga je prej zasedla karboksilna skupina piruvata. V tem procesu NAD+ se zmanjša na NADH. Na molekulo glukoze je mostna reakcija:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Po mostu: aerobno dihanje
Krebsov cikel: Lokacija Krebsovega cikla je v mitohondrijski matrici (material znotraj membran). Tu se acetil CoA kombinira z molekulo štirih ogljikov, imenovano oksaloacetat, in tvori molekulo s šestimi ogljiki, citrat. Ta molekula se v vrsti korakov spelje do oksaloacetata, pri čemer se cikel začne na novo.
Rezultat je 2 ATP skupaj z 8 NADH in 2 FADH2 (elektronski nosilci) za naslednji korak.
Elektronska transportna veriga: Te reakcije se pojavijo vzdolž notranje mitohondrijske membrane, v katero so vgrajene štiri specializirane koencimske skupine, imenovane Kompleks I do IV. Ti porabljajo energijo v elektronih na NADH in FADH2 za pogon sinteze ATP, pri čemer je končni akceptor elektronov kisik.
Rezultat je 32 do 34 ATP, kar pomeni, da celotni donos energije celičnega dihanja znaša od 36 do 38 ATP na molekulo glukoze.