La fonction vitale principalement impliquée dans la conversion de l’énergie stockée dans les molécules organiques en une forme directement utilisable par la cellule est la respiration cellulaire. La respiration cellulaire est le processus par lequel les cellules décomposent des molécules organiques, telles que le glucose, en molécules plus simples, telles que le dioxyde de carbone et l'eau, et génèrent ainsi de l'énergie utilisable sous forme d'ATP (adénosine triphosphate). L'ATP est la monnaie énergétique universelle de la cellule et est utilisée pour alimenter divers processus cellulaires. La respiration cellulaire a lieu dans les mitochondries de la cellule et implique une série de réactions biochimiques complexes. Le processus peut être résumé comme suit :

Glycolyse : Dans le cytoplasme, le glucose est décomposé en deux molécules de pyruvate, libérant ainsi une petite quantité d’ATP.

Oxydation du pyruvate : Le pyruvate issu de la glycolyse est transporté dans les mitochondries, où il est ensuite décomposé et converti en acétyl CoA.

Cycle de l'acide citrique (cycle de Krebs) : L'acétyl CoA entre dans le cycle de l'acide citrique, une série de réactions chimiques qui entraînent la libération de dioxyde de carbone, la production d'ATP, de NADH (nicotinamide adénine dinucléotide) et de FADH2 (flavine adénine dinucléotide).

Chaîne de transport d'électrons : NADH et FADH2 du cycle de l'acide citrique transportent des électrons de haute énergie vers la chaîne de transport d'électrons, une série de complexes protéiques situés dans la membrane mitochondriale interne. Lorsque les électrons traversent les complexes, leur énergie est utilisée pour pomper des ions hydrogène à travers la membrane, créant ainsi un gradient de protons.

Phosphorylation oxydative : Le gradient de protons créé par la chaîne de transport d'électrons génère un flux d'ions hydrogène vers la matrice mitochondriale via une structure appelée ATP synthase. Ce flux pilote la synthèse de l'ATP à partir de l'ADP (adénosine diphosphate).

Grâce à ces processus, la respiration cellulaire convertit l’énergie stockée dans les molécules organiques, telles que le glucose, en forme d’ATP directement utilisable. L'ATP est ensuite utilisé par la cellule pour alimenter divers processus nécessitant de l'énergie, notamment la contraction musculaire, la transmission nerveuse, la synthèse des protéines et le transport actif de molécules à travers les membranes.