Biyoloji
Hücreler > Hücresel solunum

Ana madde: Hücresel solunum
Hücresel solunum, besinlerden gelen kimyasal enerjiyi adenozin trifosfata (ATP) dönüştürmek ve ardından atık ürünleri serbest bırakmak için hücrelerde gerçekleşen bir dizi metabolik reaksiyon ve süreçtir. Solunumda yer alan reaksiyonlar, büyük molekülleri daha küçük moleküllere ayırarak enerji açığa çıkaran katabolik reaksiyonlardır. Solunum, bir hücrenin hücresel aktiviteyi beslemek için kimyasal enerji açığa çıkarmasının temel yollarından biridir. Genel reaksiyon, bazıları redoks reaksiyonları olan bir dizi biyokimyasal adımda gerçekleşir. Hücresel solunum teknik olarak bir yanma reaksiyonu olsa da bir dizi reaksiyondan yavaş ve kontrollü enerji salınımı nedeniyle bir hücrede gerçekleştiğinde açıkça bir yanma reaksiyonuna benzemez.
Glukoz formundaki şeker, hayvan ve bitki hücreleri tarafından solunumda kullanılan ana besindir. Oksijen içeren hücresel solunuma aerobik solunum denir ve dört aşaması vardır: glikoliz, sitrik asit döngüsü (veya Krebs döngüsü), elektron taşıma zinciri ve oksidatif fosforilasyon. Glikoliz, glukozun iki pirüvata dönüştürüldüğü ve aynı anda iki net ATP molekülünün üretildiği sitoplazmada meydana gelen metabolik bir süreçtir. Her bir piruvat daha sonra piruvat dehidrojenaz kompleksi tarafından asetil-KoA'ya oksitlenir ve bu da NADH ve karbondioksit üretir. Asetil-KoA, mitokondriyal matriks içinde gerçekleşen sitrik asit döngüsüne girer. Döngünün sonunda, 1 glukozdan (veya 2 piruvattan) elde edilen toplam verim 6 NADH, 2 FADH2 ve 2 ATP molekülüdür. Son olarak, bir sonraki aşama, ökaryotlarda mitokondriyal kristada meydana gelen oksidatif fosforilasyondur. Oksidatif fosforilasyon, elektronları bir kompleksten diğerine aktaran ve böylece protonların (hidrojen iyonları) iç mitokondriyal membran boyunca pompalanmasına (kemiosmoz) bağlanan NADH ve FADH2'den enerji açığa çıkaran dört protein kompleksi serisi olan elektron taşıma zincirini içerir ve bu da bir proton hareket gücü oluşturur. Proton hareket gücünden gelen enerji, ATP sentaz enzimini ADP'leri fosforile ederek daha fazla ATP sentezlemesi için harekete geçirir. Elektron transferi, son elektron alıcısı olan moleküler oksijen ile sona erer.
Eğer oksijen mevcut olmasaydı, pirüvat hücresel solunumla metabolize olmaz ancak bir fermantasyon sürecine girerdi. Piruvat mitokondriyona taşınmaz ancak sitoplazmada kalır ve burada hücreden uzaklaştırılabilecek atık ürünlere dönüştürülür. Bu, elektron taşıyıcılarının tekrar glikoliz yapabilmeleri için oksitlenmesi ve fazla piruvatın uzaklaştırılması amacına hizmet eder. Fermantasyon NADH'yi NAD+'ya okside eder, böylece glikolizde yeniden kullanılabilir. Oksijen yokluğunda, fermantasyon sitoplazmada NADH birikmesini önler ve glikoliz için NAD+ sağlar. Bu atık ürün organizmaya bağlı olarak değişir. İskelet kaslarında atık ürün laktik asittir. Bu tür fermantasyona laktik asit fermantasyonu denir. Yorucu egzersizlerde, enerji talepleri enerji arzını aştığında, solunum zinciri NADH tarafından birleştirilen tüm hidrojen atomlarını işleyemez. Anaerobik glikoliz sırasında, hidrojen çiftleri piruvat ile birleşerek laktat oluşturduğunda NAD+ yeniden üretilir. Laktat oluşumu, tersinir bir reaksiyonda laktat dehidrojenaz tarafından katalize edilir. Laktat ayrıca karaciğer glikojeni için dolaylı bir öncü olarak da kullanılabilir. İyileşme sırasında, oksijen kullanılabilir hale geldiğinde, NAD+ ATP oluşturmak için laktattan gelen hidrojene bağlanır. Mayada atık ürünler etanol ve karbondioksittir. Bu fermantasyon türü alkolik fermantasyon veya etanol fermantasyonu olarak bilinir. Bu süreçte üretilen ATP, oksijen gerektirmeyen substrat düzeyinde fosforilasyon ile yapılır.