Komórki eukariotyczne wykorzystują trzy główne procesy, aby przekształcić energię utrzymywaną w wiązaniach chemicznych cząsteczek żywności w łatwiejsze do użycia formy-często bogate w energię cząsteczki nośne. 5′-trifosforan adenozyny, czyli ATP, jest najobficiej występującą cząsteczką nośnika energii w komórkach. Cząsteczka ta składa się z zasady anitrogenowej (adeniny), cukru rybozy i trzech grup fosforanowych., Słowo adenozyna odnosi się do adeniny plus cukru rybozy. Wiązanie między drugim a trzecim fosforanem jest wiązaniem wysokoenergetycznym (ryc. 5).
pierwszym procesem w szlaku energii eukariotycznej jest glikoliza, co dosłownie oznacza ” podział cukru.”Podczas glikolizy pojedyncze cząsteczki glukozy są dzielone i ostatecznie przekształcane w dwie cząsteczki substancji zwanej pirogronianem; ponieważ każda glukoza zawiera sześć atomów węgla, każdy powstały pirogronian zawiera tylko trzy węgle. Glikoliza jest właściwie serią dziesięciu reakcji chemicznych, które wymagają wejścia dwóch cząsteczek ATP., Ten wkład jest używany do generowania czterech nowych cząsteczek ATP, co oznacza, że glikoliza powoduje zysk netto dwóch ATPs. Wytwarzane są również dwie cząsteczki NADH; cząsteczki te służą jako nośniki elektronów dla innych reakcji biochemicznych w komórce.
glikoliza jest starożytną, główną drogą produkującą ATP, która występuje w prawie wszystkich komórkach, zarówno u eukariotów, jak i prokariotów. Proces ten, znany również jako fermentacja, odbywa się w cytoplazmie i nie wymaga tlenu. Jednak los pirogronianu wytwarzanego podczas glikolizy zależy od obecności tlenu., W przypadku braku tlenu pirogronian nie może być całkowicie utleniony do dwutlenku węgla, więc powstają różne produkty pośrednie. Na przykład, gdy poziom tlenu jest niski, komórki mięśni szkieletowych polegają na glikolizie, aby spełnić ich intensywne zapotrzebowanie energetyczne. To poleganie na glikolizie powoduje gromadzenie się substancji pośredniej znanej jako kwas mlekowy, co może powodować, że mięśnie osoby czują się tak, jakby były ” w ogniu.”Podobnie drożdże, które są jednokomórkowym eukariotem, wytwarzają alkohol (zamiast dwutlenku węgla) w warunkach niedoboru tlenu.,
natomiast, gdy tlen jest dostępny, pirogroniany wytwarzane przez glikolizę stają się źródłem dla następnej części szlaku energii eukariotycznej. Podczas tego etapu każda cząsteczka pirogronianu w cytoplazmie wchodzi do mitochondrium, gdzie jest przekształcana w acetylo CoA, nośnik energii z dwoma węglami, a trzeci węgiel łączy się z tlenem i jest uwalniany jako dwutlenek węgla. Jednocześnie generowany jest również nośnik NADH. Acetylo CoA wchodzi następnie w Szlak zwany cyklem kwasu cytrynowego, który jest drugim głównym procesem energetycznym wykorzystywanym przez komórki., Ośmiostopniowy cykl kwasu cytrynowego generuje jeszcze trzy cząsteczki NADH i dwie inne cząsteczki nośnikowe: FADH2 i GTP (Rysunek 6, środek).
trzeci główny proces w szlaku energii eukariotycznej obejmuje łańcuch transportu elektronów, katalizowany przez kilka kompleksów białkowych znajdujących się w mitochondrialnym łańcuchu energii.wewnętrzna membrana., Proces ten, zwany fosforylacją oksydacyjną, przenosi elektrony z nadh i FADH2 przez błonowe kompleksy białkowe, a ostatecznie do tlenu, gdzie łączą się tworząc wodę. Gdy elektrony przemieszczają się przez kompleksy białkowe w łańcuchu, przez błonę mitochondrialną tworzy się gradient jonów wodorowych lub protonów. Komórki wykorzystują energię tego gradientu protonowego, aby stworzyć trzy dodatkowe cząsteczki ATP dla każdego elektronu, który przemieszcza się wzdłuż łańcucha., Podsumowując, połączenie cyklu kwasu cytrynowego i fosforylacji oksydacyjnej daje znacznie więcej energii niż fermentacja – 15 razy więcej energii na cząsteczkę glukozy! Razem te procesy, które zachodzą wewnątrz mitochondionu, cyklu kwasu cytrynowego i fosforylacji oksydacyjnej, są określane jako oddychanie, termin używany dla procesów, które łączą wychwyt tlenu i produkcję dwutlenku węgla (Rysunek 6).
łańcuch transportu elektronów w błonie mitochondrialnej nie jest jedynym, który generuje energię w żywych komórkach., W roślinach i innych komórkach fotosyntetycznych chloroplasty mają również łańcuch transportu elektronów, który zbiera energię słoneczną. Mimo że nie zawierają mitkondriów ani chloroplatsów, prokarioty mają inne rodzaje łańcuchów transportu elektronów w błonach plazmowych, które również wytwarzają energię.