Alla organismer använder en molekyl som kallas glukos och en process som kallas glykolys för att tillgodose vissa eller alla deras energibehov. För encelliga prokaryota organismer, såsom bakterier, är detta den enda tillgängliga processen för att generera ATP (adenosintrifosfat, cellernas "energivaluta").
Eukaryota organismer (djur, växter och svampar) har mer sofistikerade cellulära maskiner och kan få ut mycket mer av en glukosmolekyl - faktiskt mer än femton gånger så mycket ATP. Detta beror på att dessa celler använder cellulär andning, vilket i sin helhet är glykolys plus aerob andning.
En reaktion som involverar oxidativ dekarboxylering i cellulär andning kallas broreaktion fungerar som ett behandlingscentrum mellan de strikt anaeroba reaktionerna av glykolys och de två stegen av aerob andning som uppträder i mitokondrier. Detta bryggstadium, mer formellt kallat pyruvatoxidation, är således viktigt.
Närmar sig bron: glykolys
Vid glykolys omvandlar en serie av tio reaktioner i cellcytoplasman sexkolmolekylen glukos i två molekyler av pyruvat, en förening med tre kol, samtidigt som man producerar totalt två ATP molekyler. I den första delen av glykolys, som kallas investeringsfasen, behövs faktiskt två ATP för att flytta reaktionerna längs, medan i den andra delen, returfasen, kompenseras detta mer än genom syntesen av fyra ATP molekyler.
Investeringsfas: Glukos har en fosfatgrupp bunden och ordnas sedan om till en fruktosmolekyl. Denna molekyl i sin tur har en fosfatgrupp tillsatt, och resultatet är en dubbelt fosforylerad fruktosmolekyl. Denna molekyl delas sedan upp och blir två identiska trekolmolekyler, var och en med sin egen fosfatgrupp.
Returfas: Var och en av de två trekolmolekylerna har samma öde: Den har en annan fosfatgrupp fäst och var och en av dessa används för att göra ATP från ADP (adenosindifosfat) medan det omarrangeras till ett pyruvat molekyl. Denna fas genererar också en NADH-molekyl från en NAD-molekyl+.
Nettoenergiutbytet är således 2 ATP per glukos.
Broreaktionen
Broreaktionen, även kallad övergångsreaktion, består av två steg. Den första är dekarboxylering av pyruvat, och det andra är att fästa det som är kvar till en molekyl som kallas koenzym A.
Slutet på pyruvatmolekylen är ett kol dubbelbundet till en syreatom och enkelbundet till en hydroxyl (-OH) grupp. I praktiken är H-atomen i hydroxylgruppen dissocierad från O-atomen, så denna del av pyruvat kan anses ha en C-atom och två O-atomer. Vid dekarboxylering avlägsnas detta som CO2, eller koldioxid.
Därefter kallades resten av pyruvatmolekylen en acetylgrupp och med formeln CH3C (= O), förenas med koenzym A vid den plats som tidigare upptogs av karboxylgruppen i pyruvat. I processen, NAD+ reduceras till NADH. Per glukosmolekyl är bryggreaktionen:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Efter bron: Aerob andning
Krebs-cykel: Krebs-cykelplatsen ligger i den mitokondriella matrisen (materialet inuti membranen). Här kombinerar acetyl CoA med en fyra-kolmolekyl som kallas oxaloacetat för att skapa en sexkolmolekyl, citrat. Denna molekyl delas tillbaka till oxaloacetat i en serie steg, som börjar cykeln på nytt.
Resultatet är 2 ATP tillsammans med 8 NADH och 2 FADH2 (elektronbärare) för nästa steg.
Elektron transport kedja: Dessa reaktioner inträffar längs det inre mitokondriella membranet, i vilket fyra specialiserade koenzymgrupper, med namnet Complex I till IV, är inbäddade. Dessa använder energin i elektronerna på NADH och FADH2 för att driva ATP-syntes, med syre som den slutliga elektronacceptorn.
Resultatet är 32 till 34 ATP, vilket sätter det totala energiutbytet för cellulär andning vid 36 till 38 ATP per glukosmolekyl.