สิ่งมีชีวิตทั้งหมดใช้ประโยชน์จากโมเลกุลที่เรียกว่า กลูโคส และกระบวนการที่เรียกว่า ไกลโคไลซิส เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานบางส่วนหรือทั้งหมด สำหรับสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตเซลล์เดียว เช่น แบคทีเรีย นี่เป็นกระบวนการเดียวที่สร้าง ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต ซึ่งเป็น "สกุลเงินพลังงาน" ของเซลล์)
สิ่งมีชีวิตยูคาริโอต (สัตว์ พืช และเชื้อรา) มีกลไกของเซลล์ที่ซับซ้อนกว่า และสามารถดึงกลูโคสออกจากโมเลกุลได้มากขึ้น ซึ่งจริงๆ แล้วมี ATP มากกว่า 15 เท่า เนื่องจากเซลล์เหล่านี้ใช้การหายใจระดับเซลล์ ซึ่งโดยรวมแล้วคือไกลโคไลซิสร่วมกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน
ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ ออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชัน ในการหายใจระดับเซลล์ที่เรียกว่า ปฏิกิริยาสะพาน ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการประมวลผลระหว่างปฏิกิริยาไกลโคไลซิสที่ไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเคร่งครัดกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจนสองขั้นตอนที่เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย ระยะสะพานนี้ ซึ่งเรียกอย่างเป็นทางการว่า pyruvate oxidation จึงมีความจำเป็น
ใกล้สะพาน: Glycolysis
ใน glycolysis ปฏิกิริยาสิบชุดในไซโตพลาสซึมของเซลล์จะเปลี่ยนโมเลกุลน้ำตาลคาร์บอน 6 ตัว กลูโคสเป็นสองโมเลกุลของไพรูเวตซึ่งเป็นสารประกอบสามคาร์บอนในขณะที่ผลิต ATP. ทั้งหมดสอง ATP โมเลกุล ในส่วนแรกของ glycolysis ที่เรียกว่าเฟสการลงทุน จริงๆ แล้วจำเป็นต้องมี ATP สองตัวเพื่อย้ายปฏิกิริยา ควบคู่ไปกับในขณะที่ในส่วนที่สอง ระยะการกลับ นี้จะชดเชยด้วยการสังเคราะห์ ATP สี่ตัว โมเลกุล
ขั้นตอนการลงทุน: กลูโคสมีหมู่ฟอสเฟตติดอยู่และจัดเรียงใหม่เป็นโมเลกุลของฟรุกโตส ในทางกลับกัน โมเลกุลนี้มีกลุ่มฟอสเฟตเพิ่มเข้าไป และผลที่ได้คือโมเลกุลฟรุกโตสที่มีฟอสโฟรีเลตเป็นสองเท่า จากนั้นโมเลกุลนี้จะถูกแยกออกและกลายเป็นโมเลกุลคาร์บอนสามตัวที่เหมือนกันสองโมเลกุล แต่ละโมเลกุลมีหมู่ฟอสเฟตเป็นของตัวเอง
ระยะกลับ: โมเลกุลคาร์บอนสามสองตัวแต่ละโมเลกุลมีชะตากรรมเดียวกัน: มีกลุ่มฟอสเฟตอีกกลุ่มหนึ่งติดอยู่ และแต่ละ ของเหล่านี้ใช้เพื่อสร้าง ATP จาก ADP (adenosine diphosphate) ในขณะที่ถูกจัดเรียงใหม่เป็น pyruvate โมเลกุล ระยะนี้ยังสร้างโมเลกุลของ NADH จากโมเลกุลของ NAD+.
ผลผลิตพลังงานสุทธิเท่ากับ 2 ATP ต่อกลูโคส
ปฏิกิริยาสะพาน
ปฏิกิริยาสะพานหรือที่เรียกว่า ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงซึ่งประกอบด้วยสองขั้นตอน ที่แรกก็คือ ดีคาร์บอกซิเลชั่น ของไพรูเวต และอันที่สองคือการเกาะติดของสิ่งที่เหลืออยู่กับโมเลกุลที่เรียกว่า โคเอ็นไซม์ A.
จุดสิ้นสุดของโมเลกุลไพรูเวตคือคาร์บอนที่ถูกพันธะคู่กับอะตอมออกซิเจนและพันธะเดี่ยวกับหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ในทางปฏิบัติ อะตอม H ในกลุ่มไฮดรอกซิลแยกออกจากอะตอม O ดังนั้นส่วนนี้ของไพรูเวตจึงสามารถคิดได้ว่ามีอะตอม C หนึ่งอะตอมและอะตอม O สองอะตอม ในการดีคาร์บอกซิเลชัน สิ่งนี้จะถูกลบออกเป็นCO2, หรือ คาร์บอนไดออกไซด์.
จากนั้นเศษของโมเลกุลไพรูเวต เรียกว่า หมู่อะเซทิล และมีสูตร C H3C(=O) ถูกรวมเข้ากับโคเอ็นไซม์ A ที่จุดที่เคยถูกยึดครองโดยหมู่คาร์บอกซิลของไพรูเวต ในกระบวนการ NAD+ ลดลงเหลือ NADH ต่อโมเลกุลของกลูโคส ปฏิกิริยาของสะพานคือ:
2 CH3C(=O)C(O)O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C(=O)CoA + 2 NADH
หลังสะพาน: การหายใจแบบแอโรบิก
รอบเครบส์: ตำแหน่งวงจร Krebs อยู่ใน mitochondrial matrix (วัสดุภายในเยื่อหุ้มเซลล์) ที่นี่ acetyl CoA รวมกับโมเลกุลสี่คาร์บอนที่เรียกว่า oxaloacetate เพื่อสร้างโมเลกุลคาร์บอน 6 ตัวคือซิเตรต โมเลกุลนี้จะถูกตัดกลับลงไปเป็นออกซาโลอะซิเตตเป็นชุดของขั้นตอน โดยเริ่มวงจรใหม่อีกครั้ง
ผลลัพธ์คือ 2 ATP พร้อมกับ 8 NADH และ 2 FADH2 (ตัวพาอิเล็กตรอน) สำหรับขั้นตอนต่อไป
ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน: ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นตามเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ซึ่งมีกลุ่มโคเอ็นไซม์เฉพาะสี่กลุ่มชื่อ Complex I ถึง IV ฝังอยู่ สิ่งเหล่านี้ใช้พลังงานในอิเล็กตรอนบน NADH และ FADH2 เพื่อขับเคลื่อนการสังเคราะห์ ATP โดยที่ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้าย
ผลลัพธ์คือ 32 ถึง 34 ATP ทำให้ผลผลิตพลังงานโดยรวมของการหายใจระดับเซลล์อยู่ที่ 36 ถึง 38 ATP ต่อโมเลกุลของกลูโคส