Innhold
Alle organismer bruker et molekyl som heter glukose og en prosess som heter glykolyse for å dekke noen eller alle energibehovene deres. For encellede prokaryote organismer, for eksempel bakterier, er dette den eneste tilgjengelige prosessen for å generere ATP (adenosintrifosfat, "energivalutaen" til celler).
Eukaryote organismer (dyr, planter og sopp) har mer sofistikerte cellulære maskiner og kan få mye mer ut av et molekyl glukose - faktisk femten ganger så mye ATP. Dette er fordi disse cellene bruker cellulær respirasjon, som i sin helhet er glykolyse pluss aerob respirasjon.
En reaksjon som involverer oksidativ dekarboksylering i cellulær respirasjon kalt broreaksjon fungerer som et prosesseringssenter mellom de strengt anaerobe reaksjonene av glykolyse og de to trinnene i aerob respirasjon som oppstår i mitokondriene. Dette brostadiet, mer formelt kalt pyruvatoksidasjon, er dermed viktig.
Nærmer seg broen: Glykolyse
Ved glykolyse konverterer en serie på ti reaksjoner i cellecytoplasma seks-karbon sukkermolekylet glukose til to molekyler pyruvat, en tre-karbonforbindelse, mens de produserer totalt to ATP-molekyler. I den første delen av glykolysen, kalt investeringsfasen, er det faktisk nødvendig med to ATP for å flytte reaksjonene videre, mens i den andre delen, returfasen, kompenseres dette mer enn ved syntese av fire ATP-molekyler.
Investeringsfase: Glukose har en fosfatgruppe festet og blir deretter omorganisert til et fruktosemolekyl. Dette molekylet på sin side har en fosfatgruppe tilsatt, og resultatet er et dobbelt fosforyleret fruktosemolekyl. Dette molekylet blir deretter delt og blir to identiske tre-karbonmolekyler, hver med sin egen fosfatgruppe.
Returfase: Hver av de to tre-karbonmolekylene har samme skjebne: Den har en annen fosfatgruppe festet, og hver av disse brukes til å lage ATP fra ADP (adenosindifosfat) mens de omorganiseres til et pyruvatmolekyl. Denne fasen genererer også et molekyl av NADH fra et molekyl av NAD+.
Netto energiutbyttet er dermed 2 ATP per glukose.
Broreaksjonen
Broreaksjonen, også kalt overgangsreaksjon, består av to trinn. Den første er dekarboksylering av pyruvat, og den andre er feste av det som er igjen til et molekyl som heter koenzym A.
Enden av pyruvatmolekylet er et karbon dobbeltbundet til et oksygenatom og enkeltbundet til en hydroksylgruppe (-OH). I praksis er H-atomet i hydroksylgruppen dissosiert fra O-atomet, så denne delen av pyruvat kan antas å ha ett C-atom og to O-atomer. Ved dekarboksylering fjernes dette som CO2, eller karbondioksid.
Deretter ble resten av pyruvatmolekylet kalt en acetylgruppe og har formelen CH3C (= O), blir knyttet til koenzym A på stedet som tidligere var okkupert av karboksylgruppen av pyruvat. I prosessen, NAD+ er redusert til NADH. Per glukosemolekyl er broreaksjonen:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
After Bridge: Aerobic Respiration
Krebs Cycle: Krebs syklusplassering er i mitokondriell matrise (materialet inne i membranene). Her kombinerer acetyl CoA med et fire-karbon molekyl kalt oksaloacetat for å lage et seks-karbon molekyl, sitrat. Dette molekylet blir paret tilbake til oksaloacetat i en serie trinn, og starter syklusen på nytt.
Resultatet er 2 ATP sammen med 8 NADH og 2 FADH2 (elektronbærere) for neste trinn.
Elektron transportkjede: Disse reaksjonene forekommer langs den indre mitokondrielle membranen, der fire spesialiserte koenzymgrupper, kalt Kompleks I til IV, er innebygd. Disse bruker energien i elektronene på NADH og FADH2 for å drive ATP-syntese, med oksygen som den endelige elektronakseptoren.
Resultatet er 32 til 34 ATP, noe som setter det totale energiutbyttet av cellulær respirasjon på 36 til 38 ATP per molekyl glukose.