การหายใจระดับเซลล์ เป็นกระบวนการที่เซลล์เปลี่ยนกลูโคส (น้ำตาล) เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในกระบวนการนี้พลังงานในรูปของโมเลกุลที่เรียกว่า อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟตหรือ ATP ถูกปล่อย เนื่องจากต้องใช้ออกซิเจนในการขับเคลื่อนปฏิกิริยานี้ การหายใจระดับเซลล์จึงถือเป็นประเภทของ ปฏิกิริยา “การเผาไหม้” โดยที่โมเลกุลอินทรีย์ (กลูโคส) ถูกออกซิไดซ์หรือเผาไหม้โดยปล่อยพลังงานออกมาใน กระบวนการ.
เซลล์ต้องการพลังงาน ATP เพื่อทำหน้าที่ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับชีวิต แต่เราต้องการ ATP มากแค่ไหน? หากเซลล์ของเราไม่ได้แทนที่ ATP อย่างต่อเนื่องโดยการหายใจระดับเซลล์ เราจะใช้น้ำหนักตัวเกือบทั้งหมดใน ATP ในหนึ่งวัน
การหายใจระดับเซลล์เกิดขึ้นในสามขั้นตอน: ไกลโคไลซิส, วัฏจักรกรดซิตริก และออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น
เอนไซม์
เอนไซม์ คือโปรตีนที่กระตุ้นหรือส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีโดยที่ตัวมันเองไม่ถูกเปลี่ยนแปลงในกระบวนการ เอนไซม์จำเพาะกระตุ้นแต่ละปฏิกิริยาของเซลล์
บทบาทหลักของเอนไซม์ระหว่างปฏิกิริยาการหายใจคือการช่วยในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง การถ่ายโอนเหล่านี้เรียกว่าปฏิกิริยา "รีดอกซ์" ซึ่งการสูญเสียอิเล็กตรอนจากโมเลกุลหนึ่ง (ออกซิเดชัน) จะต้องเกิดขึ้นพร้อมกับการเพิ่มอิเล็กตรอนไปยังสารอื่น (รีดิวซ์)
ไกลโคไลซิส
ขั้นตอนแรกของปฏิกิริยาการหายใจเกิดขึ้นใน ไซโตพลาสซึมหรือของเหลวของเซลล์ ไกลโคไลซิสประกอบด้วยปฏิกิริยาเคมีแยกกัน 9 ปฏิกิริยา แต่ละปฏิกิริยากระตุ้นด้วยเอนไซม์จำเพาะ
ผู้เล่นหลักใน glycolysis คือเอนไซม์ดีไฮโดรจีเนสและโคเอ็นไซม์ (ตัวช่วยที่ไม่ใช่โปรตีน) ที่เรียกว่า NAD+ Dehydrodgenase ออกซิไดซ์กลูโคสโดยดึงอิเล็กตรอนสองตัวออกจากมันและถ่ายโอนไปยัง NAD+ ในกระบวนการนี้ กลูโคสจะ "แยก" ออกเป็นสองโมเลกุลของไพรูเวต ซึ่งจะทำปฏิกิริยาต่อไป
วัฏจักรกรดซิตริก
ขั้นตอนที่สองของปฏิกิริยาการหายใจเกิดขึ้นภายในเซลล์ออร์แกเนลล์ที่เรียกว่า ไมโตคอนเดรียซึ่งเนื่องจากบทบาทของพวกเขาในการผลิต ATP เรียกว่า "โรงงานผลิตไฟฟ้า" สำหรับเซลล์
ก่อนที่วัฏจักรกรดซิตริกจะเริ่มขึ้น ไพรูเวตจะถูก "ดูแล" สำหรับปฏิกิริยาโดยเปลี่ยนเป็นสารที่ให้พลังงานสูงที่เรียกว่าอะเซทิลโคเอ็นไซม์ A หรืออะเซทิล-โคเอ
เอ็นไซม์จำเพาะที่อยู่ในไมโตคอนเดรียนั้นให้พลังงานแก่ปฏิกิริยามากมายที่ประกอบเป็นกรดซิตริก วัฏจักร (เรียกอีกอย่างว่าวัฏจักรเครบส์) โดยการจัดเรียงพันธะเคมีและมีส่วนร่วมในรีดอกซ์มากขึ้น ปฏิกิริยา
เมื่อเสร็จสิ้นขั้นตอนนี้ โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนจะออกจากวงจรกรดซิตริกและเริ่มขั้นตอนที่สาม
Phosphorylation ออกซิเดชัน
ขั้นตอนสุดท้ายของปฏิกิริยาการหายใจ เรียกอีกอย่างว่า ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเป็นที่ที่การจ่ายพลังงานเกิดขึ้นสำหรับเซลล์ ในระหว่างขั้นตอนนี้ ออกซิเจนจะขับเคลื่อนห่วงโซ่การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านเยื่อหุ้มของไมโตคอนเดรีย การถ่ายโอนอิเล็กตรอนนี้ให้พลังแก่ความสามารถของเอนไซม์ ATP synthase ในการผลิต 38 โมเลกุลของ ATP