گفتار ۱: تأمین انرژی — تنفس یاختهای
راکیزه (میتوکندری) اندامکی با دو غشاست: غشای بیرونی صاف و غشای درونی چینخورده (کریستا) که با افزایش سطح، جای بیشتری برای پروتئینهای زنجیرهٔ انتقال الکترون فراهم میکند. راکیزه DNA و ریبوزوم مستقل خودش را دارد و میتواند جدا از یاخته تقسیم شود؛ با این حال، ژن برخی پروتئینهای آن در هستهٔ یاخته قرار دارد.
ATP شکل رایج انرژی در یاختههاست و از آدنین + ریبوز + سه فسفات ساخته شده؛ با جدا شدن یک فسفات به ADP تبدیل میشود و انرژی آزاد میکند. تنفس هوازی گلوکز چهار مرحله دارد. قندکافت در سیتوپلاسم و بدون نیاز به راکیزه انجام میشود و از هر گلوکز، ۲ پیرووات، ۲ ATP (به روش سطح پیشماده) و ۲ NADH تولید میکند. پیرووات وارد راکیزه شده و پس از آزاد شدن یک CO₂ به استیل کوآنزیم A تبدیل میشود که وارد چرخهٔ کربس در ماتریکس راکیزه میشود؛ این چرخه به ازای هر پیرووات، CO₂، NADH، FADH₂ و ATP تولید میکند و برای هر گلوکز دو بار میچرخد.
در زنجیرهٔ انتقال الکترون روی غشای درونی چینخوردهٔ راکیزه، NADH و FADH₂ الکترونهای خود را تحویل میدهند؛ انرژی آزادشده پروتون را به فضای بین دو غشا پمپ میکند و بازگشت پروتون از آنزیم ATPساز موجب ساخته شدن اکسایشی ATP میشود؛ اکسیژن گیرندهٔ نهایی الکترون است. مجموع این چهار مرحله در یوکاریوتها تا ۳۰ ATP به ازای هر گلوکز تولید میکند (باکتریها بدون راکیزه تا ۳۲ ATP، چون قندکافت و چرخهٔ کربس در سیتوپلاسم آنها انجام میشود). سطح ATP و ADP سرعت این آنزیمها را تنظیم میکند: ATP زیاد آنها را مهار میکند و ADP زیاد فعالشان میکند، تا از هدررفت منابع جلوگیری شود. در کمبود کربوهیدرات، چربیها (اسیدهای چرب و گلیسرول) و پروتئینها (آمینواسیدها) هم میتوانند وارد مراحل مختلف تنفس شوند؛ به همین دلیل سوء تغذیهٔ شدید میتواند به تحلیل ماهیچهها بینجامد.
گفتار ۲: اکسایش بیشتر — رادیکالهای آزاد
در انتهای زنجیرهٔ انتقال الکترون، بخشی از اکسیژن بهجای تبدیل شدن به آب، به رادیکال آزاد (مولکولی با الکترون جفتنشده و واکنشپذیری بالا) تبدیل میشود؛ این مولکولها با حمله به DNA، پروتئینها و غشاها یاخته را تخریب میکنند و میتوانند زمینهساز سرطان شوند. پاداکسندهها (آنتیاکسیدانها) در میوه و سبزی با رادیکالهای آزاد واکنش داده و آنها را خنثی میکنند. مصرف الکل سرعت تولید رادیکال آزاد را بالا میبرد و مانع کاهش آن توسط راکیزه میشود، که در درازمدت به تخریب DNA راکیزه، مرگ یاختههای کبدی، سیروز و سرطان کبد میانجامد؛ نقص در ژنهای پروتئینهای زنجیرهٔ انتقال الکترون هم اثر مشابهی دارد. سیانید و مونواکسید کربن با مهار مستقیم انتقال الکترون به اکسیژن، زنجیره را متوقف میکنند؛ مونواکسید کربن اضافه بر این، به هموگلوبین متصل شده و اکسیژنرسانی خون را هم کاهش میدهد.
گفتار ۳: زیستن مستقل از اکسیژن — تخمیر
هدف اصلی تخمیر، بازسازی NAD⁺ برای ادامهٔ قندکافت است، نه تولید ATP بیشتر؛ راکیزه و زنجیرهٔ انتقال الکترون در آن نقشی ندارند و تنها همان ۲ ATP قندکافت به دست میآید. در تخمیر الکلی (مخمرها)، پیرووات به اتانول و CO₂ تبدیل میشود؛ همین CO₂ باعث ورآمدن خمیر نان است. در تخمیر لاکتیکی (باکتریهای لاکتیکی و ماهیچهٔ انسان در فعالیت شدید)، پیرووات به لاکتات تبدیل میشود که تجمع آن در ماهیچه احساس سوزش و خستگی ایجاد میکند و بعداً در کبد به گلوکز برمیگردد. برخی گیاهان مناطق غرقابی هم در کمبود اکسیژن از هر دو نوع تخمیر استفاده میکنند.