Oddychanie komórkowe

Oddychanie komórkowe jest procesem katabolicznym, czyli prowadzącym do uwalniania energii. Energia powstała w trakcie oddychania z utleniania prostych związków organicznych, przede wszystkim glukozy, jest następnie wykorzystywana do podtrzymywania funkcji życiowych. Oddychanie można podzielić na beztlenowe i tlenowe, różniące się sposobem przemian pirogronianu, powstającego w występującej w obu rodzajach oddychania glikolizie.

Glikoliza

Pierwszym etapem oddychania, zarówno tlenowego, jak i beztlenowego, jest glikoliza. Jest to ciąg reakcji niezależnych od obecności tlenu, zachodzący w cytoplazmie. W ciągu przemian energetycznych sześciowęglowa glukoza jest rozkładana do trójwęglowego pirogronianu. W początkowych etapach energia jest zużywana do uzyskania aldehydu 3-fosfoglicerynowego, a w kolejnych reakcjach, m.in. fosforylacji substratowej, uzyskiwany jest pirogronian i energia w postaci ATP.  Zysk energetyczny z glikolizy to dwie cząsteczki ATP. Powstają także dwie cząsteczki NADH, do których powstania zużywany jest NAD+, regenerowany w kolejnych etapach oddychania komórkowego.

Sumaryczna reakcja glikolizy:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ -> 2 CH3COCOO + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + H2O

Reakcja pomostowa

Kolejnym etapem oddychanie tlenowego jest reakcja pomostowa, zachodząca w macierzy mitochondrialnej. Dochodzi tam do oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu. Początkowo powstająca dwuwęglowa grupa acetylowa, jest następnie przyłączana do cząsteczki koenzymu A, dając acetylo-CoA.

Cykl Krebsa

Powstała w reakcji pomostowej grupa acetylowa, przyłączona do koenzymu A, jest następnie włączana do cyklu Krebsa, inaczej nazywanego cyklem kwasu cytrynowego. Ten etap oddychania komórkowego również jest przeprowadzany w matrix mitochondrium. Najpierw w reakcji kondensacji z grupy acetylowej oraz szczawiooctanu otrzymywany jest cytrynian. W wyniku kolejnych pośrednich reakcji, m.in. dekarboksylacji i utleniania, odtwarzany jest szczawiooctan i uzyskiwana energia w formie NADH, FADH2 i ATP.

Acetylo-CoA + 3 NAD+ + FAD+ + ADP + Pi -> 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + ATP + CoA

Utlenianie końcowe

Zużywane w poprzednich etapach oddychania komórkowego cząsteczki NAD+ są odzyskiwane w ostatnim etapie, czyli utlenianiu końcowym w łańcuchu oddechowym. Zachodzi ono w błonach grzebieni mitochondrialnych. Pompa protonowa aktywnie przepompowuje jony H+ z macierzy mitochondrialnej do przestrzeni międzybłonowej. Tworzy się różnica potencjałów, a nadwyżka H+ wraca tunelami, utworzonymi przez specjalne białka, do matrix z dużą energią kinetyczną, co umożliwia syntezę ATP.

Podsumowując oddychanie tlenowe składa się z czterech etapów: glikolizy, reakcji pomostowej, cyklu Krebsa i utleniania końcowego. Ten rodzaj oddychania zachodzi w cytozolu i w mitochondrium, a zysk energetyczny z jednej cząsteczki glukozy to 30-36 cząsteczek ATP, co czyni ten rodzaj oddychania komórkowego znacznie wydajniejszym niż oddychanie beztlenowe

Sumaryczny zapis oddychania tlenowego

C6H12O6 + 6 O2 + 36 ADP + 36 Pi -> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP