Oxidarea glucozei este un proces chimic care furnizează energie unui organism pentru a-și îndeplini toate activitățile necesare. În timpul acestui proces, glucoza, o moleculă simplă de zahăr obținută din alimente, este descompusă în dioxid de carbon și apă. Această reacție eliberează energie și o stochează într-o formă chimică pentru ca celula să o utilizeze. Există trei etape separate de oxidare a glucozei: glicoliză, ciclul acidului citric și sistemul de transport de electroni.
Glucoză
Moleculele de glucoză sunt folosite pentru a construi carbohidrați mai complecși, cum ar fi amidonul și celuloza. Formula chimică a acestei molecule este C6H12O6, ceea ce înseamnă că este formată din șase atomi de carbon, 12 atomi de hidrogen și șase atomi de oxigen. Găsită în plante și în multe tipuri de alimente, glucoza este absorbită în sânge în timpul digestiei.
Oxidare
Oxidarea glucozei este un proces aerob, o reacție chimică care necesită oxigen. Termenul „oxidare”, de fapt, se referă la orice reacție în care oxigenul este combinat cu o altă moleculă, despre care apoi se spune că este oxidată. În timpul procesului, o moleculă de glucoză se combină cu șase molecule de oxigen pentru a produce șase molecule de dioxid de carbon, șase molecule de apă și adenozin trifosfat (ATP), o moleculă pe care celulele o folosesc pentru a stoca sau transfera energie.
glicoliză
Primul pas în procesul de oxidare este glicoliza, care are loc în citoplasma unei celule, substanța asemănătoare unui gel care umple celula și înconjoară celelalte organe celulare. În această etapă, molecula de glucoză este descompusă în două molecule de piruvat, un acid organic care poate furniza energie celulelor. Această defalcare eliberează și energie, care este folosită pentru a adăuga un ion fosfat la adenozin difosfat (ADP) pentru a crea ATP. ADP, la rândul său, se formează cu ATP este descompus pentru a-și elibera energia.
Glicoliza unei singure molecule de glucoză consumă două molecule de ATP și produce patru în total, ceea ce duce la un câștig net de energie de doi ATP. Energia din proces este, de asemenea, folosită pentru a produce două NADH, o formă de enzimă folosită pentru a transfera electroni pentru a alimenta reacțiile chimice celulare.
Ciclul acidului citric
Pentru a începe ciclul acidului citric, numit și ciclul Krebs, moleculele de piruvat produse prin glicoliză sunt mutate în mitocondrii, un organ celular implicat în procesele metabolice. Odată ajunse acolo, moleculele sunt transformate în acetil CoA, molecula care alimentează ciclul acidului citric. Acetil CoA este alcătuit din carbon din piruvat și coenzima A, o moleculă care ajută la procesele biologice. Procesul de conversie produce un NADH.
Acetil CoA eliberează porțiunea de carbon a moleculei în ciclul acidului citric, care rulează în mod constant, producând ATP, electroni de înaltă energie și dioxid de carbon. Cea mai mare parte a energiei produsă este stocată sub formă de electroni de înaltă energie, iar o singură trecere a ciclului va duce la trei NADH și un FADH2. La fel ca NADH, FADH2 stochează electronii capturați. Ciclul produce, de asemenea, doi ATP și eliberează restul de energie sub formă de căldură.
Sistemul de transport de electroni
Etapa finală a oxidării glucozei are loc și în interiorul mitocondriilor, unde un grup de proteine, numit sistem de transport de electroni, ajută la transformarea energiei electronilor capturați de NADH și FADH2 în ATP. Acest proces este modelat de teoria chemiosmotică, care descrie modul în care acești electroni trec de-a lungul sistemului de transport, eliberând energie pe măsură ce se deplasează.
Energia eliberată este folosită pentru a deplasa ionii de hidrogen încărcați pozitiv înainte și înapoi prin membrana care separă două părți ale mitocondriilor. Energia din această mișcare este stocată în ATP. Acest proces se numește fosforilare oxidativă, deoarece oxigenul este necesar pentru etapa finală, acceptând electronii și atomii de hidrogen pentru a deveni H2O sau apă. Randamentul energetic din această etapă este de 26 până la 28 ATP.
Energia câștigată
Când o singură moleculă de glucoză este oxidată, celula câștigă aproximativ 30 până la 32 ATP. Acest număr poate varia, deoarece adesea un mitocondrie nu funcționează la capacitate maximă. O anumită energie se poate pierde pe măsură ce moleculele NADH formate în glicoliză își transferă electronii prin membrana care separă mitocondriile și citoplasma.
ATP
ATP este prezent în toate organismele vii și joacă un rol critic în metabolismul celular, deoarece este principalul mod în care celulele stochează și transferă energie. Plantele îl produc prin fotofosforilare, un proces care transformă lumina soarelui în energie. ATP poate fi produs și într-un proces anaerob, reacție care nu necesită oxigen. Fermentarea, de exemplu, poate avea loc fără oxigen, dar aceasta și alte procese metabolice anaerobe tind să fie modalități mult mai puțin eficiente de a face această moleculă.
Un număr mare de funcții celulare necesită ATP. Celula descompune aceste molecule în ADP și ioni de fosfat, eliberând energia stocată. Această energie este apoi folosită pentru a face lucruri precum mutarea moleculelor mari în și din celulă sau pentru a ajuta la crearea de proteine, ADN și ARN. ATP este, de asemenea, implicat în mișcarea mușchilor și este esențial pentru menținerea citoscheletului celulei, structura din citoplasmă care susține celula și o ține împreună.