Indhold
Alle organismer bruger et kaldet molekyle glucose og en proces kaldet glykolyse for at imødekomme nogle af eller alle deres energibehov. For enkeltcellede prokaryotiske organismer, såsom bakterier, er dette den eneste tilgængelige proces til generering af ATP (adenosintrifosfat, cellernes "energivaluta").
Eukaryote organismer (dyr, planter og svampe) har mere sofistikerede cellulære maskiner og kan få meget mere ud af et molekyle glukose - faktisk femten gange så meget ATP. Dette skyldes, at disse celler anvender cellulær respiration, som i sin helhed er glykolyse plus aerob respiration.
En reaktion involverende oxidativ dekarboxylering i cellulær respiration kaldet broreaktion fungerer som et behandlingscenter mellem de strengt anaerobe reaktioner af glykolyse og de to trin i aerob respiration, der forekommer i mitokondrierne. Denne brofase, mere formelt kaldet pyruvatoxidation, er således essentiel.
Nærmer sig broen: Glykolyse
Ved glykolyse konverterer en serie af ti reaktioner i cellecytoplasmaet det seks-carbon-sukkermolekyle glukose til to molekyler af pyruvat, en tre-carbon-forbindelse, mens de i alt producerer to ATP-molekyler. I den første del af glykolysen, kaldet investeringsfasen, er der faktisk behov for to ATP for at bevæge reaktionerne videre, mens i den anden del, returfasen, kompenseres dette mere end ved syntese af fire ATP-molekyler.
Investeringsfase: Glucose er bundet af en phosphatgruppe og omorganiseres derefter til et fruktosemolekyle. Dette molekyle har på sin side tilføjet en phosphatgruppe, og resultatet er et dobbelt phosphoryleret fruktosemolekyle. Dette molekyle opdeles derefter og bliver to identiske tre-carbon molekyler, hver med sin egen fosfatgruppe.
Returfase: Hver af de to tre-carbonmolekyler har den samme skæbne: Den har en anden fosfatgruppe knyttet, og hver af disse bruges til at fremstille ATP fra ADP (adenosindiphosphat), mens de omorganiseres til et pyruvatmolekyle. Denne fase genererer også et molekyle af NADH fra et molekyle af NAD+.
Netto energiudbyttet er således 2 ATP pr. Glukose.
Broreaktionen
Broreaktionen, også kaldet overgangsreaktion, består af to trin. Den første er decarboxylering af pyruvat, og den anden er fastgørelsen af, hvad der er tilbage til et molekyle, der kaldes koenzym A.
Enden af pyruvatmolekylet er et carbon dobbeltbundet til et oxygenatom og enkeltbundet til en hydroxyl (-OH) gruppe. I praksis er H-atomet i hydroxylgruppen dissocieret fra O-atomet, så denne del af pyruvat kan antages at have et C-atom og to O-atomer. Ved dekarboxylering fjernes dette som CO2, eller carbondioxid.
Derefter rest af pyruvatmolekylet, kaldet en acetylgruppe og med formlen CH3C (= O) forbindes til coenzym A på det sted, der tidligere var optaget af carboxylgruppen af pyruvat. I processen, NAD+ reduceres til NADH. Pr. Molekyle glukose er broreaktionen:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Efter broen: Aerob respiration
Krebs Cycle: Krebs-cyklusplacering er i den mitokondriske matrix (materialet inde i membranerne). Her kombinerer acetyl CoA med et fire-carbon molekyle kaldet oxaloacetat for at skabe et seks-carbon molekyle, citrat. Dette molekyle pares tilbage til oxaloacetat i en række trin, idet cyklussen startes på ny.
Resultatet er 2 ATP sammen med 8 NADH og 2 FADH2 (elektronbærere) til næste trin.
Elektrontransportkæde: Disse reaktioner forekommer langs den indre mitokondrielle membran, hvor fire specialiserede coenzymgrupper, kaldet Kompleks I til IV, er indlejret. Disse bruger energien i elektronerne på NADH og FADH2 til at drive ATP-syntese, hvor ilt er den endelige elektronacceptor.
Resultatet er 32 til 34 ATP, hvilket sætter det samlede energiudbytte af cellulær respiration på 36 til 38 ATP pr. Molekyle glukose.