Oksidasi glukosa adalah proses kimia yang menyediakan energi bagi organisme untuk melakukan semua aktivitas yang diperlukan. Selama proses ini, glukosa, molekul gula sederhana yang diperoleh dari makanan, dipecah menjadi karbon dioksida dan air. Reaksi ini melepaskan energi dan menyimpannya dalam bentuk kimia untuk digunakan sel. Ada tiga tahap terpisah dari oksidasi glukosa: glikolisis, siklus asam sitrat, dan sistem transpor elektron.
Glukosa
Molekul glukosa digunakan untuk membangun karbohidrat yang lebih kompleks, seperti pati dan selulosa. Rumus kimia untuk molekul ini adalah C6H12O6, artinya terdiri dari enam atom karbon, 12 atom hidrogen, dan enam atom oksigen. Ditemukan pada tumbuhan dan banyak jenis makanan, glukosa diserap ke dalam aliran darah selama pencernaan.
Oksidasi
Oksidasi glukosa adalah proses aerobik, reaksi kimia yang membutuhkan oksigen. Istilah “oksidasi”, sebenarnya, mengacu pada setiap reaksi di mana oksigen digabungkan dengan molekul lain, yang kemudian dikatakan teroksidasi. Selama proses tersebut, satu molekul glukosa bergabung dengan enam molekul oksigen untuk menghasilkan enam molekul karbon dioksida, enam molekul air, dan adenosin trifosfat (ATP), molekul yang digunakan sel untuk menyimpan atau mentransfer energi.
Glikolisis
Langkah pertama dalam proses oksidasi adalah glikolisis, yang terjadi di dalam sitoplasma sel, zat seperti gel yang mengisi sel dan mengelilingi organ seluler lainnya. Selama tahap ini, molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul piruvat, asam organik yang dapat memasok sel dengan energi. Pemecahan ini juga melepaskan energi, yang digunakan untuk menambahkan ion fosfat ke adenosin difosfat (ADP) untuk membuat ATP. ADP, pada gilirannya, dibentuk dengan ATP dipecah untuk melepaskan energinya.
Glikolisis satu molekul glukosa mengkonsumsi dua molekul ATP, dan menghasilkan empat total, yang mengarah ke perolehan energi bersih dua ATP. Energi dari proses ini juga digunakan untuk menghasilkan dua NADH, suatu bentuk enzim yang digunakan untuk mentransfer elektron untuk menggerakkan reaksi kimia seluler.
Siklus Asam Sitrat
Untuk memulai siklus asam sitrat, juga disebut siklus Krebs, molekul piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis dipindahkan ke mitokondria, organ seluler yang terlibat dalam proses metabolisme. Sesampai di sana, molekul diubah menjadi asetil KoA, molekul yang menggerakkan siklus asam sitrat. Asetil KoA terdiri dari karbon dari piruvat dan koenzim A, sebuah molekul yang membantu dalam proses biologis. Proses konversi menghasilkan satu NADH.
Asetil KoA melepaskan bagian karbon dari molekul ke dalam siklus asam sitrat, yang berjalan terus-menerus, menghasilkan ATP, elektron energi tinggi, dan karbon dioksida. Sebagian besar energi yang dihasilkan disimpan dalam bentuk elektron berenergi tinggi, dan satu putaran siklus akan menghasilkan tiga NADH dan satu FADH2. Seperti NADH, FADH2 menyimpan elektron yang ditangkap. Siklus ini juga menghasilkan dua ATP, dan mengeluarkan sisa energi sebagai panas.
Sistem Transportasi Elektron
Tahap akhir oksidasi glukosa juga terjadi di dalam mitokondria, di mana sekelompok protein, yang disebut sistem transpor elektron, membantu mengubah energi elektron yang ditangkap oleh NADH dan FADH2 menjadi ATP. Proses ini dimodelkan oleh teori kemiosmotik, yang menjelaskan cara elektron ini melewati sistem transpor, melepaskan energi saat mereka bergerak.
Energi yang dilepaskan digunakan untuk memindahkan ion hidrogen bermuatan positif bolak-balik melintasi membran yang memisahkan dua bagian mitokondria. Energi dari gerakan ini disimpan dalam ATP. Proses ini disebut fosforilasi oksidatif, karena oksigen diperlukan untuk langkah terakhir, menerima elektron dan atom hidrogen menjadi H2O, atau air. Hasil energi dari tahap ini adalah 26 hingga 28 ATP.
Energi yang Diperoleh
Ketika satu molekul glukosa dioksidasi, sel memperoleh sekitar 30 hingga 32 ATP. Jumlah ini dapat bervariasi, karena seringkali mitokondria tidak bekerja pada kapasitas penuh. Beberapa energi mungkin hilang karena molekul NADH yang terbentuk dalam glikolisis mentransfer elektronnya melalui membran yang memisahkan mitokondria dan sitoplasma.
ATP
ATP hadir di semua organisme hidup dan memainkan peran penting dalam metabolisme sel, karena merupakan cara utama sel menyimpan dan mentransfer energi. Tanaman memproduksinya dengan fotofosforilasi, sebuah proses yang mengubah sinar matahari menjadi energi. ATP juga dapat diproduksi dalam proses anaerobik, suatu reaksi yang tidak memerlukan oksigen. Fermentasi, misalnya, dapat berlangsung tanpa adanya oksigen, tetapi proses metabolisme anaerobik ini dan lainnya cenderung menjadi cara yang kurang efisien untuk membuat molekul ini.
Sejumlah besar fungsi seluler membutuhkan ATP. Sel memecah molekul-molekul ini menjadi ion ADP dan fosfat, melepaskan energi yang tersimpan. Energi ini kemudian digunakan untuk melakukan hal-hal seperti memindahkan molekul besar masuk dan keluar sel atau untuk membantu membuat protein, DNA, dan RNA. ATP juga terlibat dalam pergerakan otot dan sangat penting untuk menjaga sitoskeleton sel, struktur di dalam sitoplasma yang mendukung sel dan menyatukannya.