การหายใจระดับเซลล์กระบวนการที่สิ่งมีชีวิตรวมออกซิเจนเข้ากับโมเลกุลของอาหาร หันเหพลังงานเคมีในสารเหล่านี้ไปสู่กิจกรรมที่ค้ำจุนชีวิตและทิ้งเป็นของเสีย คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ สิ่งมีชีวิตที่ไม่แน่นอนอาศัยออกซิเจนจะย่อยสลายอาหารในกระบวนการที่เรียกว่าการหมัก (สำหรับการรักษาด้านต่างๆ ของการหายใจในระดับเซลล์ที่ยาวนานขึ้น ดู วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิกและเมแทบอลิซึม)
บทบาทของไมโตคอนเดรีย
ฟังก์ชั่นประการหนึ่งของการย่อยสลายอาหารคือการเปลี่ยนพลังงานที่มีแน่นอนเก็บในพันธะเคมีเสนอเป็นสารประกอบอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ที่อุดมด้วยพลังงาน ซึ่งจะดักจับพลังงานเคมีที่ได้รับจากการสลายโมเลกุลของอาหารและปล่อยออกมาเพื่อเป็นพลังงานให้กับกระบวนการต่างๆ ของเซลล์ ในเซลล์ยูคารีโอต (นั่นคือ เนื้อเยื่อหรือสิ่งมีชีวิตใดๆ ที่มีแน่นอนนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ที่จับกับเยื่อหุ้มไว้อย่างชัดเจน) เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาแต่ละขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการหายใจและการอนุรักษ์พลังงานจะอยู่ในช่องที่มีแน่นอนรูปร่างเป็นแท่งซึ่งเรียกว่าไมโทคอนเดรีย ในจุลินทรีย์ เอนไซม์เกิดขึ้นเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ เนื้อเยื่อตับมีไมโทคอนเดรียประมาณ 1,000 ตัว; เนื้อเยื่อไข่ขนาดใหญ่ของสัตว์มีแน่นอนกระดูกสันหลังบางชนิดมีมากถึง 200,000 ตัว
กระบวนการเมแทบอลิซึมหลัก
นักชีววิทยาค่อนข้างแตกต่างกันในเรื่องชื่อ ภาพประกอบ และจำนวนขั้นตอนของการหายใจระดับเซลล์ ได้กล่าวว่า กระบวนการโดยรวมสามารถกลั่นออกเป็นสามขั้นตอนหรือขั้นตอนการเผาผลาญหลัก: ไกลโคไลซิส, วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (วัฏจักร TCA) และออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น (ฟอสโฟรีเลชั่นในห่วงโซ่ทางเดินหายใจ)
ไกลโคไลซิส
ไกลโคไลซิส (ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าวิถีไกลโคไลติกหรือวิถีเอ็มบเดน-เมเยอร์ฮอฟ-ปาร์นาส) เป็นลำดับของปฏิกิริยาเคมี 10 ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ส่วนใหญ่ ซึ่งแบ่งโมเลกุลกลูโคสออกเป็นโมเลกุลไพรูเวต (กรดไพรูวิค) สองโมเลกุล พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายกลูโคสและโมเลกุลเชื้อเพลิงอินทรีย์{อื่นๆ} จากคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนในระหว่างการสลายไกลโคไลซิสจะถูกจับและเก็บไว้ใน ATP นอกจากนี้ สารประกอบนิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ (NAD+) จะถูกแปลงเป็น NADH ในระหว่างขั้นตอนนี้ (ทิวทัศน์ด้านล่าง). โมเลกุลของไพรูเวตที่ผลกระทบิตระหว่างไกลโคไลซิสจะเข้าสู่ไมโตคอนเดรีย ซึ่งแต่ละโมเลกุลจะถูกแปลงเป็นสารประกอบที่รับรู้จักกันในชื่ออะซิติลโคเอ็นไซม์ เอ ซึ่งจะเข้าสู่ลวดลาย TCA (บางแหล่งพิจารณาว่าการเปลี่ยนไพรูเวตเป็นอะซิติลโคเอ็นไซม์ A เป็นขั้นตอนที่แตกต่างกัน ซึ่งเรียกว่าไพรูเวตออกซิเดชันหรือปฏิกิริยาการเปลี่ยนผ่าน ในกระบวนการหายใจระดับเซลล์)
วัฏจักรของกรดไตรคาร์บอกซิลิก
วัฏจักร TCA (ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า Krebs หรือกรดซิตริก วัฏจักร) มีแน่นอนบทบาทสำคัญในการสลายหรือแคแทบอลิซึมของโมเลกุลเชื้อเพลิงอินทรีย์ วัฏจักรนี้ประกอบด้วยแปดขั้นตอนที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์แปดชนิดที่แตกต่างกันซึ่งผลิตพลังงานในหลายขั้นตอน ได้กล่าวว่า พลังงานส่วนใหญ่ที่ได้รับจากวัฏจักร TCA จะถูกจับโดยสารประกอบ NAD+ และฟลาวินอะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ (FAD) และเปลี่ยนเป็น ATP ในภายหลัง ผลกระทบิตภัณฑ์ของรอบ TCA รอบเดียวประกอบด้วยสาม NAD+ โมเลกุลซึ่งถูกรีดิวซ์ (ผ่านกระบวนการเติมไฮโดรเจน, H+) เป็นจำนวนโมเลกุลของ NADH ที่ทุกบิตเช่น และหนึ่งโมเลกุลของ FAD ซึ่งถูกรีดิวซ์ขวาเป็น FADH เดียวในทำนองเดียวกัน2 อนุภาค โมเลกุลเหล่านี้เป็นเชื้อเพลิงในขั้นตอนที่สามของการหายใจระดับเซลล์ ในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งผลิตโดยวัฏจักร TCA จะถูกปล่อยออกมาในรูปของเสีย
ออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น
ในขั้นออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชัน อะตอมของไฮโดรเจนแต่ละคู่จะถูกกำจัดออกจาก NADH และนอกจากนี้ยังมี FADH2 เสนออิเล็กตรอนคู่หนึ่งซึ่งผ่านการกระทำของชุดฮีโมโปรตีนที่มีแน่นอนธาตุเหล็ก ไซโตโครมจะลดออกซิเจนหนึ่งอะตอมลงในที่สุดเพื่อสร้างน้ำ ในปี 1951 มีแน่นอนการค้นพบว่าการถ่ายโอนอิเล็กตรอนหนึ่งคู่ไปยังออกซิเจนส่งผลให้การคลอดบุตร ATP สามโมเลกุล
รับการสมัครสมาชิก Britannica Premium และเข้าถึงเนื้อหาพิเศษ สมัครสมาชิกตอนนี้
ออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่นเป็นกลไกสำคัญที่ทำให้เนื้อเยื่อได้รับพลังงานจำนวนมากในอาหาร ชุดของขั้นตอนที่อิเล็กตรอนไหลไปสู่ออกซิเจนช่วยให้พลังงานของอิเล็กตรอนลดลงทีละน้อย ส่วนนี้ของระยะออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่นบางครั้งเรียกว่าห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน คำอธิบายบางส่วนเกี่ยวกับการหายใจระดับเซลล์ที่เน้นความสำคัญของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนได้เปลี่ยนชื่อของระยะออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชันเป็นห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน บรรณาธิการของ Encyclopaedia Britannica บทความนี้ได้รับการแก้ไขและปรับปรุงล่าสุดโดย Melissa Petruzzello
