Όλοι χρειαζόμαστε ενέργεια για να λειτουργήσουμε και παίρνουμε αυτή την ενέργεια από τα τρόφιμα που τρώμε. Η απόσπαση αυτών των θρεπτικών ουσιών που είναι απαραίτητες για να μας κρατήσουμε και στη συνέχεια να τις μετατρέψουμε σε χρήσιμη ενέργεια είναι η δουλειά μας κυττάρων. Αυτή η πολύπλοκη αλλά αποτελεσματική μεταβολική διαδικασία, που ονομάζεται κυτταρική αναπνοή, μετατρέπει την ενέργεια που παράγεται από τα σάκχαρα, τους υδατάνθρακες, τα λίπη και τις πρωτεΐνες σε αδενοσίνη τριφωσφορικό, ή ΑΤΡ, ένα μόριο υψηλής ενέργειας που οδηγεί σε διαδικασίες όπως μυϊκή συστολή και νεύρο παρορμήσεις. Κυτταρική αναπνοή συμβαίνει και στα δύο ευκαρυωτικά και προκαρυωτικά κύτταρα, με τις περισσότερες αντιδράσεις να γίνονται στο κυτόπλασμα των προκαρυωτικών και στα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών.
Υπάρχουν τρία κύρια στάδια κυτταρικής αναπνοής: η γλυκόλυση, ο κύκλος του κιτρικού οξέος και η μεταφορά ηλεκτρονίων / οξειδωτική φωσφορυλίωση.
Υπερδραστηριότητα από κατανάλωση ζάχαρης
Γλυκόλυση σημαίνει κυριολεκτικά "σχιστικά σάκχαρα" και είναι η διαδικασία 10 σταδίων με την οποία τα σάκχαρα απελευθερώνονται για ενέργεια. Η γλυκόλυση συμβαίνει όταν η γλυκόζη και το οξυγόνο τροφοδοτούνται στα κύτταρα από την κυκλοφορία του αίματος και λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Η γλυκόλυση μπορεί επίσης να συμβεί χωρίς οξυγόνο, μια διαδικασία που ονομάζεται αναερόβια αναπνοή, ή
ζύμωση. Όταν η γλυκόλυση λαμβάνει χώρα χωρίς οξυγόνο, τα κύτταρα παράγουν μικρές ποσότητες ΑΤΡ. Η ζύμωση παράγει επίσης γαλακτικό οξύ, το οποίο μπορεί να συσσωρευτεί μυϊκός ιστός, προκαλώντας πόνο και μια αίσθηση καψίματος.Υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λίπη
Ο κύκλος του κιτρικού οξέος, επίσης γνωστός ως κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος ή Κύκλος Krebs, αρχίζει μετά την μετατροπή των δύο μορίων των τριών σακχάρων άνθρακα που παράγονται στη γλυκόλυση σε μια ελαφρώς διαφορετική ένωση (ακετυλ CoA). Είναι η διαδικασία που μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια που βρίσκεται μέσα υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, και λίπη. Αν και ο κύκλος του κιτρικού οξέος δεν χρησιμοποιεί απευθείας οξυγόνο, λειτουργεί μόνο όταν υπάρχει οξυγόνο. Αυτός ο κύκλος λαμβάνει χώρα στη μήτρα των κυττάρων μιτοχόνδρια. Μέσω μιας σειράς ενδιάμεσων βημάτων, παράγονται μαζί με δύο μόρια ΑΤΡ αρκετές ενώσεις ικανές να αποθηκεύουν ηλεκτρόνια "υψηλής ενέργειας". Αυτές οι ενώσεις, γνωστές ως δινουκλεοτίδιο νικοτιναμιδικής αδενίνης (NAD) και δινουκλεοτίδιο αδενίνης φλαβίνης (FAD), μειώνονται στη διαδικασία. Οι μειωμένες μορφές (NADH και FADH2) φέρουν τα ηλεκτρόνια "υψηλής ενέργειας" στο επόμενο στάδιο.
Στο τρένο μεταφοράς ηλεκτρονίων
Η μεταφορά ηλεκτρονίων και η οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι το τρίτο και τελικό βήμα στην αερόβια κυτταρική αναπνοή. ο αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι μια σειρά από πρωτεΐνη συμπλέγματα και μόρια φορέα ηλεκτρονίων που βρίσκονται μέσα στην μιτοχονδριακή μεμβράνη σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Μέσα από μια σειρά αντιδράσεων, τα ηλεκτρόνια "υψηλής ενέργειας" που παράγονται στον κύκλο του κιτρικού οξέος διοχετεύονται σε οξυγόνο. Στη διαδικασία, σχηματίζεται μια χημική και ηλεκτρική βαθμίδα κατά μήκος της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης καθώς τα ιόντα υδρογόνου αντλούνται από τη μιτοχονδριακή μήτρα και μέσα στον εσωτερικό χώρο της μεμβράνης. Το ATP παράγεται τελικά με οξειδωτική φωσφορυλίωση - τη διαδικασία με την οποία τα ένζυμα στο κύτταρο οξειδώνουν τα θρεπτικά συστατικά. Η συνθετάση πρωτεΐνης ΑΤΡ χρησιμοποιεί την ενέργεια που παράγεται από την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων για την φωσφορυλίωση (προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας σε ένα μόριο) της ADP στην ATP. Η μεγαλύτερη παραγωγή ΑΤΡ συμβαίνει κατά την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και το στάδιο οξειδωτικής φωσφορυλίωσης της κυτταρικής αναπνοής.