Oksidacija glukoze je kemični proces, ki telesu zagotavlja energijo za opravljanje vseh njegovih potrebnih dejavnosti. Med tem procesom se glukoza, preprosta molekula sladkorja, pridobljena iz hrane, razgradi na ogljikov dioksid in vodo. Ta reakcija sprošča energijo in jo shranjuje v kemični obliki za uporabo v celici. Obstajajo tri ločene stopnje oksidacije glukoze: glikoliza, cikel citronske kisline in sistem za transport elektronov.
Glukoza
Molekule glukoze se uporabljajo za izgradnjo bolj zapletenih ogljikovih hidratov, kot sta škrob in celuloza. Kemična formula te molekule je C6H12O6, kar pomeni, da je sestavljena iz šestih atomov ogljika, 12 atomov vodika in šestih atomov kisika. Glukoza, ki jo najdemo v rastlinah in številnih vrstah hrane, se med prebavo absorbira v krvni obtok.
Oksidacija
Oksidacija glukoze je aerobni proces, kemična reakcija, ki zahteva kisik. Izraz “oksidacija” se pravzaprav nanaša na katero koli reakcijo, pri kateri se kisik združi z drugo molekulo, ki naj bi bila nato oksidirana. Med postopkom se ena molekula glukoze združi s šestimi molekulami kisika, da proizvede šest molekul ogljikovega dioksida, šest molekul vode in adenozin trifosfat (ATP), molekulo, ki jo celice uporabljajo za shranjevanje ali prenos energije.
Glikoliza
Prvi korak v procesu oksidacije je glikoliza, ki poteka v celični citoplazmi, gelu podobna snov, ki napolni celico in obdaja druge celične organe. V tej fazi se molekula glukoze razgradi na dve molekuli piruvata, organske kisline, ki lahko oskrbuje celice z energijo. Pri tej razgradnji se sprosti tudi energija, ki se uporablja za dodajanje fosfatnega iona v adenozin difosfat (ADP) za ustvarjanje ATP. ADP pa nastane z ATP, ki se razgradi, da sprosti svojo energijo.
Glikoliza ene same molekule glukoze porabi dve molekuli ATP in ustvari štiri skupaj, kar vodi do neto energetskega dobička za dva ATP. Energija iz procesa se uporablja tudi za proizvodnjo dveh NADH, oblike encima, ki se uporablja za prenos elektronov za pogon celičnih kemičnih reakcij.
Cikel citronske kisline
Za začetek cikla citronske kisline, imenovanega tudi Krebsov cikel, se molekule piruvata, proizvedene z glikolizo, premaknejo v mitohondrije, celični organ, vključen v presnovne procese. Ko so tam, se molekule pretvorijo v acetil CoA, molekulo, ki poganja cikel citronske kisline. Acetil CoA je sestavljen iz ogljika iz piruvata in koencima A, molekule, ki pomaga pri bioloških procesih. Postopek pretvorbe proizvede en NADH.
Acetil CoA sprosti ogljikov del molekule v cikel citronske kisline, ki teče nenehno in proizvaja ATP, visokoenergijske elektrone in ogljikov dioksid. Večina proizvedene energije je shranjena v obliki visokoenergetskih elektronov, en obrat cikla pa bo povzročil tri NADH in enega FADH2. Tako kot NADH tudi FADH2 shranjuje ujete elektrone. Cikel proizvede tudi dva ATP, preostalo energijo pa odda kot toploto.
Elektronski transportni sistem
Končna faza oksidacije glukoze poteka tudi v mitohondrijih, kjer skupina beljakovin, imenovana sistem za transport elektronov, pomaga preoblikovati energijo elektronov, ki jih ujeta NADH in FADH2, v ATP. Ta proces je modeliran s kemiosmotsko teorijo, ki opisuje način, kako ti elektroni prehajajo vzdolž transportnega sistema in sproščajo energijo, ko se premikajo.
Sproščena energija se uporablja za premikanje pozitivno nabitih vodikovih ionov naprej in nazaj čez membrano, ki ločuje dva dela mitohondrijev. Energija tega gibanja je shranjena v ATP. Ta proces se imenuje oksidativna fosforilacija, ker je kisik potreben za zadnji korak, sprejemanje elektronov in vodikovih atomov, da postanejo H2O ali voda. Energijski donos iz te stopnje je 26 do 28 ATP.
Pridobljena energija
Ko se ena sama molekula glukoze oksidira, celica pridobi približno 30 do 32 ATP. To število se lahko razlikuje, ker pogosto mitohondriji ne delujejo s polno zmogljivostjo. Nekaj energije se lahko izgubi, ko molekule NADH, ki nastanejo pri glikolizi, prenašajo svoje elektrone skozi membrano, ki ločuje mitohondrije in citoplazmo.
ATP
ATP je prisoten v vseh živih organizmih in igra ključno vlogo pri celični presnovi, saj je glavni način, kako celice shranjujejo in prenašajo energijo. Rastline ga proizvajajo s fotofosforilacijo, procesom, ki pretvarja sončno svetlobo v energijo. ATP se lahko proizvaja tudi v anaerobnem procesu, reakciji, ki ne potrebuje kisika. Fermentacija lahko na primer poteka brez kisika, vendar so ta in drugi anaerobni presnovni procesi veliko manj učinkoviti načini za izdelavo te molekule.
Veliko število celičnih funkcij zahteva ATP. Celica razgradi te molekule na ADP in fosfatne ione, s čimer se sprosti shranjena energija. Ta energija se nato uporablja za stvari, kot je premikanje velikih molekul v celico in iz nje ali za pomoč pri ustvarjanju beljakovin, DNK in RNA. ATP sodeluje tudi pri gibanju mišic in je bistvenega pomena za vzdrževanje celičnega citoskeleta, strukture znotraj citoplazme, ki podpira celico in jo drži skupaj.