Glukosoxidation är en kemisk process som ger energi för en organism att utföra alla sina nödvändiga aktiviteter. Under denna process bryts glukos, en enkel sockermolekyl som erhålls från mat, ner till koldioxid och vatten. Denna reaktion frigör energi och lagrar den i en kemisk form för cellen att använda. Det finns tre separata stadier av glukosoxidation: glykolys, citronsyracykeln och elektrontransportsystemet.
Glukos
Molekyler av glukos används för att bygga mer komplexa kolhydrater, som stärkelse och cellulosa. Den kemiska formeln för denna molekyl är C6H12O6, vilket betyder att den består av sex kolatomer, 12 väteatomer och sex syreatomer. Glukos, som finns i växter och många typer av mat, absorberas i blodomloppet under matsmältningen.
Oxidation
Glukosoxidation är en aerob process, en kemisk reaktion som kräver syre. Termen ”oxidation” hänvisar faktiskt till varje reaktion där syre kombineras med en annan molekyl, som sedan sägs vara oxiderad. Under processen kombineras en glukosmolekyl med sex syremolekyler för att producera sex koldioxidmolekyler, sex vattenmolekyler och adenosintrifosfat (ATP), en molekyl som celler använder för att lagra eller överföra energi.
glykolys
Det första steget i oxidationsprocessen är glykolys, som sker i en cells cytoplasma, det gelliknande ämne som fyller cellen och omger de andra cellulära organen. Under detta skede bryts glukosmolekylen ner till två molekyler av pyruvat, en organisk syra som kan förse celler med energi. Denna nedbrytning frigör också energi, som används för att lägga till en fosfatjon till adenosindifosfat (ADP) för att skapa ATP. ADP bildas i sin tur när ATP bryts ner för att frigöra sin energi.
Glykolys av en enda glukosmolekyl förbrukar två ATP-molekyler och producerar fyra totalt, vilket leder till en nettoenergivinst på två ATP. Energin från processen används också för att producera två NADH, en form av ett enzym som används för att överföra elektroner för att driva cellulära kemiska reaktioner.
Citronsyracykeln
För att börja citronsyracykeln, även kallad Krebs-cykeln, flyttas pyruvatmolekyler som produceras av glykolys till mitokondrierna, ett cellulärt organ som är involverat i metaboliska processer. Väl där omvandlas molekylerna till acetyl CoA, molekylen som driver citronsyracykeln. Acetyl CoA består av kol från pyruvatet och koenzym A, en molekyl som hjälper till i biologiska processer. Konverteringsprocessen producerar en NADH.
Acetyl CoA frisätter koldelen av molekylen till citronsyracykeln, som löper konstant och producerar ATP, högenergielektroner och koldioxid. Det mesta av energin som produceras lagras i form av högenergielektroner, och ett varv av cykeln kommer att resultera i tre NADH och en FADH2. Liksom NADH lagrar FADH2 de fångade elektronerna. Cykeln producerar också två ATP, och avger resten av energin som värme.
Elektrontransportsystemet
Det sista stadiet av glukosoxidation äger också rum i mitokondrierna, där en grupp proteiner, som kallas elektrontransportsystemet, hjälper till att omvandla energin hos elektronerna som fångas av NADH och FADH2 till ATP. Denna process är modellerad av kemiosmotisk teori, som beskriver hur dessa elektroner passerar längs transportsystemet och frigör energi när de rör sig igenom.
Den frigjorda energin används för att flytta positivt laddade vätejoner fram och tillbaka över membranet som separerar två delar av mitokondrierna. Energi från denna rörelse lagras i ATP. Denna process kallas oxidativ fosforylering, eftersom syre är nödvändigt för det sista steget, att acceptera elektroner och väteatomer för att bli H2O eller vatten. Energiutbytet från detta steg är 26 till 28 ATP.
Energi vunnit
När en enda molekyl av glukos oxideras, får cellen cirka 30 till 32 ATP. Detta antal kan variera, eftersom en mitokondrie ofta inte fungerar med full kapacitet. En del energi kan gå förlorad när NADH-molekylerna som bildas i glykolys överför sina elektroner genom membranet som separerar mitokondrierna och cytoplasman.
ATP
ATP finns i alla levande organismer och spelar en avgörande roll i cellernas metabolism, eftersom det är det huvudsakliga sättet att lagra och överföra energi. Växter producerar det genom fotofosforylering, en process som omvandlar solljus till energi. ATP kan också produceras i en anaerob process, en reaktion som inte kräver syre. Jäsning, till exempel, kan ske utan syre närvarande, men denna och andra anaeroba metaboliska processer tenderar att vara mycket mindre effektiva sätt att tillverka denna molekyl.
Ett stort antal cellulära funktioner kräver ATP. Cellen bryter ner dessa molekyler till ADP och fosfatjoner, vilket frigör den lagrade energin. Denna energi används sedan för att göra saker som att flytta stora molekyler in och ut ur cellen eller för att hjälpa till att skapa proteiner, DNA och RNA. ATP är också involverat i muskelrörelser och är avgörande för att upprätthålla cellens cytoskelett, strukturen i cytoplasman som stöder cellen och håller ihop den.