CAMPBELL-REECE : Pendahuluan Tahapan Respirasi selular

Terkadang respirasi selular hanya didefinisikan sebagai tahap yang mencakup siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif. Namun sebelum kedua siklus itu terjadi, respirasi selular didahului dengan tahapan glikolisis. Glikolisis berperan untuk menghasilkan bahan awal untuk respirasi selular, bahan awal itu diperoleh dengan pemrosesan glukosa. Secara umum tahapan respirasi selular adalah glikolisis, siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif (transpor elektron).

Glikolisis dan siklus asam sitrat merupakan tahapan katabolik yang menguraikan glukosa dan bahan organik yang lain. Glikolisis (glycolysis) terjadi dalam sitosol dengan memecah glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Siklus asam sitrat (citrit acid cycle) berlangsung dalam matriks mitokondria sel eukariot atau di dalam sitosol sel prokariot, mengoksidasi asam piruvat hasil glikolisis menjadi karbon dioksida. Dengan demikian karbon dioksida yang dihasilkan respirasi merepresentasikan fragmen-fragmen molekul organik yang teroksidasi.

Beberapa langkah pada glikolisis dan siklus asam sitrat merupakan reaksi redoks ketika dehidrogenase mentransfer elektron dari substrat ke NAD+ dan membentuk NADH. Pada tahapan ketiga respirasi selular, rantai transpor elektron menerima elektron dari pengurai di kedua tahap sebelumnya (paling sering melalui NADH) dan mengoper elektron dari satu molekul ke molekul yang lain. Pada penghujung rantai, elektron dikombinasikan dengan molekul oksigen dan ion hidrogen sehingga membentuk air. 

Energi yang dilepaskan di setiap langkah rantai transpor elektron disimpan dalam bentuk yang dapat digunakan oleh mitokondria (atau sel prokariot) untuk membentuk ATP ini disebut fosforilasi oksidatif (oxidative phosphorilation) karena memperoleh tenaga dari reaksi redoks dalam rantai transpor elektron.

Dalam sel eukariot, membran mitokondria merupakan tempat transpor elektron dan kemiosmosis, dua proses yang bersama-sama menyusun fosforilasi oksidatif. Sedangkan pada sel prokariot, kedua proses ini berlangsung di membran plasma. Fosforilasi oksidatif menghasilkan 90% ATP yang diproduksi respirasi selular, sedangakn sisanya (10% ATP) dibentuk secara langsung dalam sejumlah kecil reaksi pada glikolisis dan siklus asam sitrat melalui mekanisme yang disebut fosforilasi tingkat substrat (substrate -level phosphorilation). Forforilasi tingkat substrat  terjadi ketika suatu enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat ke ADP.

Untuk setiap molekul glukosa yang didegradasi menjadi karbon dioksida dan uap air melalui respirasi selular menghasilkan 38 ATP masing-masing dengan energi bebas 7,3 kkal/mol. Respirasi dapat diibaratkan menarik tunai sejumlah energi dalam nominal yang besar yang terkandung dalam satu molekul glukosa (686 kkal/mol) menjadi banyak molekul ATP yang lebih praktis untuk digunakan sel dalam melakukan kerja.