למדו על שלושת השלבים העיקריים של הנשמה סלולרית

כולנו זקוקים לאנרגיה כדי לתפקד, ואנחנו מקבלים אנרגיה זו מהמזונות שאנו אוכלים. חילוץ חומרים מזינים הנחוצים כדי להמשיך ולבצע אותם ואז להמיר אותם לאנרגיה שמישה היא תפקידנו תאים. תהליך מטבולי מורכב ויעיל זה, נקרא נשימה תאית, ממיר את האנרגיה המופקת מסוכרים, פחמימות, שומנים וחלבונים לאדנוזין טריפוספט, או ATP, מולקולה בעלת אנרגיה גבוהה המניעה תהליכים כמו התכווצות שרירים ועצב דחפים. נשימה תאית מתרחשת בשתיהן תאים אוקריוטיים ופרוקריוטיים, עם מרבית התגובות המתרחשות ב- ציטופלזמה של פרוקריוטות ובמיטוכונדריה של איקריוטות.

ישנם שלושה שלבים עיקריים של הנשימה תאית: גליקוליזה, מחזור חומצות לימון ותעבורת אלקטרונים / זרחן חמצוני.

גליקוליזה פשוטו כמשמעו פירושו "פיצול סוכרים", וזה התהליך בן 10 השלבים שבאמצעותו משחררים סוכרים לאנרגיה. גליקוליזה מתרחשת כאשר הגלוקוז והחמצן מועברים לתאים על ידי זרם הדם, והיא מתרחשת בציטופלסמה של התא. גליקוליזה יכולה להתרחש גם ללא חמצן, תהליך הנקרא נשימה אנאירובית, או תסיסה. כאשר מתרחשת גליקוליזה ללא חמצן, התאים מייצרים כמויות קטנות של ATP. התסיסה מייצרת גם חומצה לקטית, שיכולה להצטבר בה רקמת שריר, הגורם לכאב ותחושת צריבה.

מחזור חומצות לימוןהידוע גם בשם מחזור החומצה הטריקארבוקסילית או מחזור קרבס, מתחיל לאחר ששתי המולקולות של שלוש הסוכר הפחמניות המיוצרות בגיריקוליזה מומרות לתרכובת שונה במקצת (אצטיל CoA). התהליך הוא זה שמאפשר לנו להשתמש באנרגיה שנמצאת בו פחמימות, חלבונים, ו שומנים. למרות שמחזור חומצות לימון אינו משתמש ישירות בחמצן, הוא עובד רק כאשר קיים חמצן. מחזור זה מתרחש במטריקס של התא מיטוכונדריה. באמצעות סדרת שלבי ביניים מיוצרים כמה תרכובות המסוגלות לאגור אלקטרונים "אנרגיים גבוהים" יחד עם שתי מולקולות ATP. התרכובות הללו, הידועות בשם ניקוטין אדנין דינוקלוטייד (NAD) ופלבין אדרנין דינוקלוטיד (FAD), מופחתות בתהליך. הצורות המופחתות (NADH ו- FADH₂) לשאת את האלקטרונים ה"אנרגיה הגבוהה "לשלב הבא.

הובלת אלקטרונים וזרחן חמצוני הוא הצעד השלישי והאחרון בנשימה אירובית. ה שרשרת העברת אלקטרונים היא סדרה של חלבון קומפלקסים ומולקולות נשאות אלקטרונים הנמצאות בתוך הממברנה המיטוכונדריה בתאים אוקיארוטיים. באמצעות סדרת תגובות מועברים האלקטרונים ה"אנרגיים הגבוהים "הנוצרים במחזור חומצות לימון לחמצן. בתהליך נוצר שיפוע כימי וחשמלי על פני הממברנה המיטוכונדריה הפנימית כאשר יוני מימן נשאבים מתוך המטריצה ​​המיטוכונדריה לחלל הממברנה הפנימית. ATP מיוצר בסופו של דבר על ידי זרחן חמצוני - התהליך בו אנזימים בתא מחמצנים חומרים מזינים. החלבון ATP synthase משתמש באנרגיה המיוצרת על ידי שרשרת ההובלה האלקטרונית עבור זרחן (הוספת קבוצת פוספט למולקולה) של ADP ל- ATP. רוב ייצור ה- ATP מתרחש במהלך שרשרת הובלת האלקטרונים ובשלב הזרחן החמצוני של הנשימה התאית.