Los dos procesos metabólicos de la célula viva (en animales, vegetales y en microorganismos) relacionados con la obtención de la energía almacenada en los alimentos, son la fermentación y la respiración. Mientras quela fermentación origina productos ricos aún en energía, la respiración produce la total descomposición del carbohidrato, formándose los óxidos simples, CO2 y H20, de muy baja energía potencial.
Los sustratos para esta descomposición bajo condiciones aeróbicas son hexosas simples, u otros compuestos orgánicos, ácidos, grasas, etc. La reacción global de la respiración, en el caso de las hexosas, puede resumirse en la siguiente forma:
Aquí, el “cociente respiratorio” (CR), es decir, la relación entre el número de moles de CO2 producidas y el número de moles de 0 2 consumidas, será igual a 1.
En el caso de la oxidación del ácido málico, por ejemplo, que es más rico en oxígeno que una hexosa, el CR será mayor que 1:
En el caso de los lípidos, que son más pobres en oxígeno, el CR es menor que 1. Por convención, para las grasas mezcladas se adoptó el valor promedio de 0.7.
El catabolismo del combustible biológico comienza con la descomposición del material de almacenaje para formar unidades más pequeñas. Los polisacáridos se degradan a hexosas o pentosas simples; las proteínas se descomponen a sus aminoácidos constitutivos; las grasas se hidrolizan a glicerol y ácidos grasos individuales. A lo largo de esta primera etapa, los cambios en el potencial redox del sustrato son nulos, y el cambio de energía libre es muy pequeño. En la etapa siguiente, los sustratos simples se degradan a unidades de dos o tres carbonos.
La primera etapa, y la mayor parte de las reacciones de la segunda etapa, son comunes tanto a la respiración aeróbica como a la fermentación anaeróbica. Aplicado a los azúcares, que son los principales combustibles biológicos, la segunda etapa recibe el nombre de glucólisis. La tercera etapa, sólo característica de la respiración, implica la oxidación final de la materia orgánica a bióxido de carbono y agua, a través de un camino cíclico conocido como el ciclo de Krebs, o de los ácidos tricarboxílicos.
La mayor parte de la energía se libera durante esta última etapa. Otro camino de la degradación de las hexosas, conocido como la vía de las hexosas monofosfato, o vía del fosfogluconato, posee considerable importancia. El transporte de electrones de cada sustrato combustible al oxígeno molecular es un proceso que incluye varias etapas y enzimas.