Всички ние се нуждаем от енергия, за да функционираме и получаваме тази енергия от храните, които ядем. Извличането на тези хранителни вещества, необходими, за да ни продължат и след това да ги превърнем в полезна енергия, е наша работа клетки. Този сложен, но ефективен метаболитен процес, наречен клетъчно дишане, превръща енергията, получена от захари, въглехидрати, мазнини и протеини, в аденозин трифосфат или АТФ, високоенергийна молекула, която задвижва процеси като свиване на мускулите и нерв импулси. Клетъчното дишане се случва и в двете еукариотични и прокариотни клетки, като повечето реакции се провеждат в цитоплазма на прокариоти и в митохондриите на еукариотите.
Има три основни етапа на клетъчното дишане: гликолиза, цикъл на лимонена киселина и транспорт на електрони / окислително фосфорилиране.
Захарна треска
гликолиза буквално означава „разделяне на захари“ и това е процесът в 10 стъпки, чрез който захарите се освобождават за енергия. Гликолизата се случва, когато глюкозата и кислородът се доставят в клетките от кръвния поток и се осъществява в цитоплазмата на клетката. Гликолизата може да протече и без кислород, процес, наречен анаеробно дишане, или
ферментация. Когато гликолизата протича без кислород, клетките правят малки количества АТФ. Ферментацията също произвежда млечна киселина, която може да се натрупа мускулна тъкан, причинявайки болезненост и усещане за парене.Въглехидрати, протеини и мазнини
Цикълът на лимонената киселина, известен също като цикъл на трикарбоксилна киселина или Цикъла на Кребс, започва след като двете молекули на трите въглеродни захари, получени при гликолиза, се превръщат в малко по-различно съединение (ацетил CoA). Именно процесът ни позволява да използваме енергията, открита в въглехидрати, протеини, и мазнини. Въпреки че цикълът на лимонената киселина не използва кислород директно, той работи само при наличие на кислород. Този цикъл се провежда в матрицата на клетката митохондриите. Чрез серия от междинни стъпки се получават няколко съединения, способни да съхраняват „високоенергийни“ електрони, заедно с две молекули АТФ. Тези съединения, известни като никотинамид аденин динуклеотид (NAD) и флавин аденин динуклеотид (FAD), се намаляват в процеса. Намалените форми (NADH и FADH)2) пренасят „високоенергийните“ електрони към следващия етап.
На борда на електронния транспорт
Електронният транспорт и окислителното фосфорилиране е третият и последен етап в аеробното клетъчно дишане. Най- електронна транспортна верига е серия от протеин комплекси и молекули на носители на електрон, открити в митохондриалната мембрана в еукариотните клетки. Чрез поредица от реакции „високоенергийните“ електрони, генерирани в цикъла на лимонената киселина, се предават на кислород. В процеса се образува химичен и електрически градиент през вътрешната митохондриална мембрана, тъй като йони на водорода се изпомпват от митохондриалната матрица и във вътрешното мембранно пространство. АТФ в крайна сметка се произвежда чрез окислително фосфорилиране - процесът, чрез който ензимите в клетката окисляват хранителните вещества. Протеиновата АТФ синтаза използва енергията, произведена от електронната транспортна верига за фосфорилиране (добавяне на фосфатна група към молекула) на ADP към ATP. Повечето генерации на АТФ се случват по време на електроннотранспортната верига и етапа на окислително фосфорилиране на клетъчното дишане.