Усі організми використовують молекулу, яка називається глюкоза і процес, який називається гліколіз для задоволення деяких або всіх своїх енергетичних потреб. Для одноклітинних прокаріотичних організмів, таких як бактерії, це єдиний доступний процес генерування АТФ (аденозинтрифосфат, "енергетична валюта" клітин).
Еукаріотичні організми (тварини, рослини та гриби) мають більш досконалу клітинну техніку і можуть отримати набагато більше із молекули глюкози - насправді в п'ятнадцять разів більше АТФ. Це пояснюється тим, що ці клітини використовують клітинне дихання, яке в цілому є гліколізом та аеробним диханням.
Реакція за участю окисне декарбоксилювання у клітинному диханні називається мостова реакція служить процесом обробки між суворо анаеробними реакціями гліколізу та двома етапами аеробного дихання, що відбуваються в мітохондріях. Таким чином, цей мостовий етап, більш формально названий окисленням пірувату, є дуже важливим.
Наближення до мосту: Гліколіз
При гліколізі серія з десяти реакцій у клітинній цитоплазмі перетворює шестивуглецеву молекулу цукру глюкози на дві молекули пірувату, тривуглецевої сполуки, одночасно продукуючи два АТФ молекули. У першій частині гліколізу, яка називається інвестиційною фазою, для переміщення реакцій насправді потрібні два АТФ поряд, тоді як у другій частині, фазі повернення, це більш ніж компенсується синтезом чотирьох АТФ молекули.
Фаза інвестування: Глюкоза має приєднану фосфатну групу, а потім переставляється у молекулу фруктози. Ця молекула, у свою чергу, має додану фосфатну групу, і в результаті відбувається подвійне фосфорилювання молекули фруктози. Потім ця молекула розщеплюється і стає двома однаковими тривуглецевими молекулами, кожна з яких має свою фосфатну групу.
Фаза повернення: Кожна з двох молекул з трьох вуглеців має однакову долю: у неї приєднана інша фосфатна група, і кожна з них використовується для отримання АТФ з АДФ (аденозиндифосфату) при перегрупуванні у піруват молекула. Ця фаза також генерує молекулу NADH з молекули NAD+.
Таким чином, чистий вихід енергії становить 2 АТФ на глюкозу.
Мостова реакція
Мостова реакція, яку також називають реакція переходу, складається з двох кроків. Перший - це декарбоксилювання пірувату, а другий - приєднання того, що залишилось до молекули, яка називається кофермент А.
Кінець молекули пірувату - вуглець, подвійно зв’язаний з атомом кисню та однозв’язаний з гідроксильною (-ОН) групою. На практиці атом Н у гідроксильній групі відокремлений від атома О, тому цю частину пірувату можна вважати одним атомом С і двома атомами О. При декарбоксилюванні це видаляється як CO2, або вуглекислий газ.
Потім залишок молекули пірувату, званий ацетильною групою, має формулу СН3C (= O), приєднується до коферменту A на місці, раніше зайнятому карбоксильною групою пірувату. У процесі NAD+ знижується до NADH. На молекулу глюкози мостовою реакцією є:
2 СН3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 СН3C (= O) CoA + 2 NADH
Після мосту: аеробне дихання
Цикл Кребса: Розташування циклу Кребса знаходиться в матриксі мітохондрій (матеріал всередині мембран). Тут ацетил КоА поєднується з молекулою чотирьох вуглеців, яка називається оксалоацетатом, і створює шестивуглецеву молекулу - цитрат. Ця молекула послідовно повертається до оксалоацетату, починаючи цикл заново.
Результат - 2 АТФ разом з 8 NADH і 2 FADH2 (електронів) для наступного кроку.
Електронний транспортний ланцюг: Ці реакції відбуваються вздовж внутрішньої мітохондріальної мембрани, в яку вбудовані чотири спеціалізовані коферментні групи, названі Комплексами І-IV. Вони використовують енергію в електронах на NADH і FADH2 для керування синтезом АТФ, причому кисень є кінцевим акцептором електронів.
Результат - 32-34 АТФ, загальний вихід енергії клітинного дихання становить 36-38 АТФ на молекулу глюкози.