Respirația celulară este procesul prin care moleculele alimentare sunt folosite pentru a produce energie celulară. Poate fi aerob, în cazul în care oxigenul este prezent, sau anaerob, în cazul în care oxigenul este absent, iar un zahăr, cum ar fi glucoza, este necesar pentru a alimenta procesul. Respirația celulară aerobă are loc de obicei în celulele eucariote, celulele care se găsesc la plante și animale. Procesele metabolice implicate au loc în structuri minuscule din interiorul celulei cunoscute sub numele de mitocondrii. Începând cu glucoză și continuând printr-o serie de reacții chimice, respirația celulară permite producerea unei forme de energie biochimică numită adenozin trifosfat (ATP).
Mitocondriile, organele celulare minuscule, sau organele, în care are loc respirația celulară aerobă, se găsesc în aproape toate celulele eucariote. Celulele care au cerințe mai mari de energie, cum ar fi celulele creierului, conțin un număr mai mare de mitocondrii. Înainte ca respirația celulară să poată avea loc, o etapă inițială, cunoscută sub numele de glicoliză, are loc în afara mitocondriei, în citoplasma celulară. Citoplasma este o substanță asemănătoare unui gel care umple celula și în care sunt situate organele precum mitocondriile.
Glicoliza este o reacție metabolică în care glucoza este descompusă, formând două molecule de acid piruvic și două de nicotinamidă adenin dinucleotidă redusă (NADH). Acest proces este pasul inițial care are loc în celule înainte de respirația celulară fie anaerobă, fie aerobă. Glicoliza nu necesită oxigen și, deși procesul utilizează două molecule de ATP, se creează patru, rezultând un câștig net de două molecule de ATP. Acidul piruvic și NADH intră apoi în mitocondrie, unde acidul piruvic este transformat într-o substanță numită acetil CoA. Este nevoie de energie pentru a transporta NADH în mitocondrie, iar acest lucru duce la pierderea a doi ATP.
Apoi au loc două etape ale respirației celulare aerobe, care sunt cunoscute sub numele de ciclul Krebs sau ciclul acidului citric și lanțul de transport de electroni. Acetil CoA intră în ciclul Krebs care produce dinucleotidă flavină adenină redusă (FADH2) și NADH, împreună cu ATP. FADH2 și NADH transportă apoi electroni în lanțul de transport de electroni, unde sunt oxidați și se creează mai mult ATP. În general, luând în considerare pierderea inițială a doi ATP, reacțiile care au loc în interiorul mitocondriilor produc 36 de molecule de ATP.
Apa și dioxidul de carbon sunt produse reziduale ale respirației celulare aerobe. Dioxidul de carbon se combină cu apa pentru a crea acid carbonic, făcând sângele mai acid. Acest lucru joacă un rol important în menținerea pH-ului sângelui. Respirația elimină continuu dioxidul de carbon din organism, împiedicând sângele să devină prea acid.