細胞呼吸のプロセス
細胞呼吸の全体的なプロセスは、タービンを駆動する川を流れる水に例えることができます。 タービンの建設と維持はエネルギー依存のプロセスですが、水の流れは上流に水がある限り重力で動作します。 同様に、ミトコンドリア酵素、細胞膜、および補因子の産生および維持はエネルギー依存性のプロセスであるが、燃料酸化および呼吸電子流は発熱性である（すなわち、熱を解放する）。 電子は、より高い電子親和性のアクセプターに向かって、他の電気回路内を流れるように正確に細胞呼吸中を流れる。
内ミトコンドリア膜では、複合体I、III、およびIV（それぞれnad+、補酵素Q、およびシトクロムCの還元型を再酸化する）は、それらのより高い電子親和性を利用して、膜を横切ってプロトンを送り込み、プロトン勾配を生成する。 水車を回すコストが川を流れる水によって支払われるのと同じように、陽子をポンピングするコストは、高エネルギー状態から低エネルギー状態に流れる電子によって支払われる。 また、プロトン
酵素Fof1ATPシンターゼを介したプロトンのリターンは、酸化的リン酸化によってATPを生成する（図。 一方、プロトン孔（脱共役タンパク質など）を介したプロトンの戻りは熱を発生させる（図1）。 3). 電子親和性はO2>シトクロムC>補酵素Q>FAD>NAD+の勾配パターンに従うので、燃料酸化は典型的には電子を最初にNAD+および/またはFADに移動させ、次にコエンザイムq、シトクロムC、およびo2、複合体i、ii、iii、およびivの中間体として多くの追加のタンパク質結合金属クラスターを持つ。
電子親和性の小さな段階的な増加は、呼吸電子鎖に沿った電子自由エネルギーの小さな低下によって明らかになる。 小さな違いは、熱生成を最小限に抑え、スーパーオキシド（•O2−）およびヒドロキシル（•OH）フリーラジカルの生成を最小限に抑えるのに役立ちます。 これらの反応性化合物は、補酵素Q(*Q-)のラジカル形態とO2との間の衝突によって形成される(図2)。 3). 活性酸素種（ROS）によって生成される損傷は好気性代謝の明らかなコストであり、過酸化水素（H2O2）とリン脂質ヒドロペルオキシドの形のROSは、酸化グルタチオンを再活性化する還元剤としてNADPHに依存するグルタチオンレダクターゼとグルタチオンペルオキシダーゼによって制御される。 したがって、ＲＯＳの条件下では、酸化的リン酸化のためのＮＡＤＨよりも修復機能のためのＮＡＤＰＨに対するより大きな要求が存在する。 さらに、ミトコンドリアにnadhからNADP+に水素化物をNADPHを発生させるために移すことができるnicotinamideヌクレオチドのtranshydrogenase(NNT)と名づけられる酵素があります。 プロトンは、ATPおよび熱の産生と直接競合する方法でこの触媒プロセスを駆動するために、NNTを通って戻る（図10）。 3). も参照してください：自由エネルギー;フリーラジカル;過酸化水素; スーパーオキシド化学
呼吸の要求は、燃料の種類、異化と細胞が関与している同化作用とのバランス、およびペントースリン酸経路（グルコースが代謝またはNADPHに変換される）などのプロセスを介して細胞質nadphを嫌気的に産生する程度によって異なる。
グルコースからピルビン酸への酸化プロセスは嫌気性であるが、グリセルアルデヒド-リン酸デヒドロゲナーゼ段階でNADHに捕捉された電子は、リンゴ酸-アスパラギン酸シャトルおよびグリセロール-3-リン酸シャトルを含む他のメカニズムを介して乳酸輸送および/またはミトコンドリアへの輸送によって酸化的代謝に使用することができる（図。 4). ピルビン酸デヒドロゲナーゼとクエン酸サイクル（クレブスサイクル）の複合作用によってピルビン酸がミトコンドリア内でCO2に完全に酸化されると、NADPH、NADH、FADH2に電子が捕捉され、NADHとFADH2を再酸化するための電子受容体としてO2が必要となる。 ミトコンドリアのクエン酸酵素であるイソクエン酸デヒドロゲナーゼの作用によって形成されるNADPHは、電子輸送鎖におけるNADHとFADH2の好気性再酸化に伴うROSを制御するために主に使用されている（図。 5). も参照してください: クエン酸サイクル
グルコース酸化とは対照的に、トリグリセリド(グリセロール骨格にエステル化された三つの脂肪アシル鎖からなる中性脂質)の完全な酸化は、ほぼ完全に好気性である(Fig. 6). ピルビン酸へのグリセロール酸化は嫌気的に一つの細胞質NADHを生成し、ミトコンドリアでCO2に酸化される飽和偶数脂肪酸はNAD+とFADに捕獲されたすべての電子を持ち、o2を究極の電子受容体として必要とする。 トリグリセリドのグリセロールの炭素への脂肪酸の炭素の比率は好気的にデマンドが高いトリグリセリドの酸化がいかにのあるか徴候を提供します。 例えば、三つの16-C脂肪酸を含むトリグリセリドでは、単一のサイトゾルNADHが生成されます>140 48脂肪酸由来のアセチル補酵素A（Ac–CoA）分子の生産と酸化で生成された減少したミトコンドリア補酵素ごとに生成されます。 細胞質NADHはリンゴ酸-アスパラギン酸シャトルまたはグリセロール-3-リン酸シャトルを介して好気的に効果的に再酸化することができ、グリセロール由来のピルビン酸もミトコンドリアで酸化することができることを考慮すると、典型的なトリグリセリドの完全な酸化は、約150のミトコンドリアNADHおよびFADH2当量を再酸化するのに十分な酸素を要求することができる。 も参照してください：脂質;脂質代謝; トリグリセリド（トリアシルグリセロール）
いくつかの還元された補因子がサイトゾルで産生され、他のものがミトコンドリアで産生されるため、アミノ酸酸化は解糖とミトコンドリア脂肪酸酸化の間のO2要件において中間体であることも指摘されるべきである。 も参照してください：アミノ酸; アミノ酸代謝
細胞O2要件の大きさを導く他の考慮事項は、細胞がNADHおよびNADPHに担持される水素化物を要求する反応で忙しい程度であり、還元当量が細胞質的に生成することができるかどうかである。 暖炉とは異なり、燃料を完全に燃焼させて熱を発生させることを目的としています（図2）。 2）、生き物は、彼らが作られているすべてを作成し、修復し、食品を消費することから休息とアクティブな代謝の仕事を行います。
したがって、生命の論理は、ミトコンドリア内膜のシトクロムCに運ばれた比較的低いエネルギーの電子が、サイトゾルNADPHに運ばれた電子よりも意味のある仕事をする力がはるかに少ないようなものである。 前者はNadhの高エネルギー状態から還元されたシトクロムCの低エネルギー状態への降下でプロトン勾配を生成し、還元生合成を行うためにβ-ケト基とアルケンに電子を供与することができる。 したがって、生合成反応に必要な場合、電子があまりにも遠くに下り坂に流れるようにするのは非論理的です。
