Respirazione cellulare è il processo biochimico di cui cellule rilascio di energia dai legami chimici del glucosio per fornire l'energia necessaria per le funzioni essenziali della vita. Tutte le cellule viventi eseguire respirazione aerobica, in presenza di ossigeno, o respirazione anaerobica, in assenza di ossigeno. Sia la respirazione aerobica e fermentazione anaerobica inizia con il primo passo stesso, glicolisi, che divide la molecola di glucosio 6-carbonio in due molecole di acido piruvico 3-carbonio.
Glicolisi
Glicolisi, quella via metabolica riscontrata in tutti gli organismi viventi, si verifica nel citoplasma di una cellula e non richiede ossigeno a prendere posto. Ciascuno dei 10 passaggi della glicolisi è catalizzata da un enzima specifico a quella reazione. Inizialmente due molecole di ATP, la valuta di energia cellulare, vengono utilizzati per attivare una molecola di glucosio per glicolisi, ma l'intero processo si traduce in un guadagno netto di due molecole di ATP. Le vie biochimiche della glicolisi anche portano alla riduzione di due molecole di NAD + risultante in due molecole di NADH, che può essere utilizzato per creare ATP nei passaggi successivi della respirazione cellulare.
Respirazione anaerobica
Quando l'ossigeno non è presente, una cella deve ignorare le vie di respirazione aerobica molto più redditizie e invece si basano su respirazione anaerobica per energia della cella. Sotto grande sforzo, quando i livelli di ossigeno sono bassi, muscolo umano cellule subiscono una particolare forma di respirazione anaerobica chiamato fermentazione dell'acido lattico. Nella fermentazione lattica le molecole di piruvato prodotte dalla glicolisi sono suddivise in prodotti di scarto che può essere rimosso dalla cella. Questo viene fatto per ossidare le molecole di NADH prodotte da glicolisi così le molecole di NAD + risultante possono eseguire di nuovo la glicolisi e produrre più energia. Il prodotto di scarto della fermentazione dell'acido lattico, acido lattico, è ciò che rende i muscoli sentono male il giorno dopo l'esercizio.
Ciclo di Kreb
Quando l'ossigeno è presente, il piruvato prodotto dalla glicolisi entra nel mitocondrio della cellula dove viene convertito in acetil CoA, producendo due ulteriori molecole di NADH per molecola di glucosio. L'acetile CoA entra quindi il ciclo di Krebs, chiamato anche il ciclo di acido agrumi, dove si è rotto giù per produrre quattro molecole di anidride carbonica, due ATP, sei di NADH e due molecole di FADH2, che possono essere utilizzate successivamente nella respirazione per produrre più energia di ATP.
Reazioni di trasporto degli elettroni
Il sistema di trasporto degli elettroni è una catena di trasportatori di elettroni che si trova nella membrana interna del mitocondrio degli eucarioti. Le molecole di NADH e FADH2 prodotte nei passaggi precedenti della respirazione cellulare inviare elettroni al sistema di trasporto dell'elettrone. Come ogni elettrone viene trasferito da vettore a vettore nella catena di trasporto degli elettroni, qualche energia viene rilasciata e gli ioni idrogeno sono pompati nello spazio intermembrana del mitocondrio. L'ossigeno è l'accettore finale dell'elettrone causando la formazione di acqua. Per l'energia prodotta da ogni molecola di NADH che trasporta un elettrone, possono essere formate circa tre ATP; per ogni molecola di FADH2, circa due ATP possono essere formate.
ATP
L'azione della catena di trasporto degli elettroni provoca la formazione di un gradiente di ioni idrogeno attraverso la membrana interna del mitocondrio. Gli ioni di idrogeno concentrati situati nello spazio intermembrana contengono energia molto simile a quella di una diga idroelettrica. Come gli ioni di idrogeno sposta nuovamente dallo spazio intermembrana alla matrice del mitocondrio, essi devono passare attraverso l'enzima ATP sintasi. L'energia degli ioni idrogeno si muove attraverso l'enzima sintasi di ATP provoca la produzione di ATP.