Gliukozės oksidacija yra cheminis procesas, kurio metu organizmas aprūpina energiją visomis reikalingomis veiklomis. Šio proceso metu gliukozė, paprasta cukraus molekulė, gaunama iš maisto, suskaidoma į anglies dioksidą ir vandenį. Ši reakcija išskiria energiją ir saugo ją chemine pavidalu, kad ląstelė galėtų panaudoti. Yra trys atskiri gliukozės oksidacijos etapai: glikolizė, citrinų rūgšties ciklas ir elektronų transportavimo sistema.
Gliukozė
Gliukozės molekulės naudojamos sudėtingesniems angliavandeniams, tokiems kaip krakmolas ir celiuliozė, gaminti. Šios molekulės cheminė formulė yra C6H12O6, tai reiškia, kad ji sudaryta iš šešių anglies atomų, 12 vandenilio atomų ir šešių deguonies atomų. Gliukozė, esanti augaluose ir daugelyje maisto produktų, virškinimo metu absorbuojama į kraują.
Oksidacija
Gliukozės oksidacija yra aerobinis procesas, cheminė reakcija, kuriai reikalingas deguonis. Sąvoka „oksidacija“ iš tikrųjų reiškia bet kokią reakciją, kai deguonis sujungiamas su kita molekule, kuri vėliau laikoma oksiduota. Proceso metu viena gliukozės molekulė susijungia su šešiomis deguonies molekulėmis, kad susidarytų šešios anglies dioksido molekulės, šešios vandens molekulės ir adenozino trifosfatas (ATP), molekulė, kurią ląstelės naudoja energijai kaupti arba perduoti.
Glikolizė
Pirmasis oksidacijos proceso žingsnis yra glikolizė, kuri vyksta ląstelės citoplazmoje – gelio pavidalo medžiaga, kuri užpildo ląstelę ir supa kitus ląstelės organus. Šiame etape gliukozės molekulė suskaidoma į dvi piruvato – organinės rūgšties, galinčios aprūpinti ląsteles energija, molekules. Dėl šio skilimo taip pat išsiskiria energija, kuri naudojama fosfato jonui pridėti prie adenozino difosfato (ADP), kad susidarytų ATP. ADP, savo ruožtu, susidaro, kai ATP yra suskaidomas, kad būtų išleista jo energija.
Vienos gliukozės molekulės glikolizei sunaudojamos dvi ATP molekulės ir iš viso susidaro keturios, todėl grynasis energijos padidėjimas yra du ATP. Proceso energija taip pat naudojama gaminant du NADH – tai fermento, naudojamo elektronams perduoti, kad būtų galima atlikti ląstelių chemines reakcijas, forma.
Citrinos rūgšties ciklas
Norint pradėti citrinų rūgšties ciklą, dar vadinamą Krebso ciklu, glikolizės būdu pagamintos piruvato molekulės perkeliamos į mitochondrijas – ląstelių organą, dalyvaujantį medžiagų apykaitos procesuose. Ten patekusios molekulės paverčiamos acetilo CoA – molekule, kuri skatina citrinų rūgšties ciklą. Acetil CoA sudaryta iš piruvato anglies ir kofermento A – molekulės, padedančios biologiniuose procesuose. Konversijos procesas sukuria vieną NADH.
Acetil CoA išskiria molekulės anglies dalį į citrinų rūgšties ciklą, kuris vyksta nuolat, gamindamas ATP, didelės energijos elektronus ir anglies dioksidą. Didžioji dalis pagamintos energijos kaupiama didelės energijos elektronų pavidalu, o vienas ciklo apsisukimas sukels tris NADH ir vieną FADH2. Kaip ir NADH, FADH2 saugo užfiksuotus elektronus. Ciklas taip pat gamina du ATP, o likusią energijos dalį atiduoda kaip šilumą.
Elektronų transportavimo sistema
Paskutinis gliukozės oksidacijos etapas taip pat vyksta mitochondrijose, kur baltymų grupė, vadinama elektronų transportavimo sistema, padeda paversti NADH ir FADH2 užfiksuotų elektronų energiją į ATP. Šis procesas modeliuojamas pagal chemiosmotinę teoriją, kuri aprašo, kaip šie elektronai praeina per transporto sistemą, išskirdami energiją.
Išsiskyrusi energija naudojama teigiamai įkrautiems vandenilio jonams judėti pirmyn ir atgal per membraną, skiriančią dvi mitochondrijų dalis. Šio judėjimo energija yra saugoma ATP. Šis procesas vadinamas oksidaciniu fosforilinimu, nes deguonis yra būtinas paskutiniame etape, priimant elektronus ir vandenilio atomus, kad virstų H2O arba vandeniu. Šio etapo energijos išeiga yra nuo 26 iki 28 ATP.
Įgauta energija
Kai viena gliukozės molekulė oksiduojama, ląstelė įgyja apie 30–32 ATP. Šis skaičius gali skirtis, nes dažnai mitochondrija neveikia visu pajėgumu. Dalis energijos gali būti prarasta, nes glikolizės metu susidariusios NADH molekulės perduoda savo elektronus per membraną, skiriančią mitochondrijas ir citoplazmą.
ATF
ATP yra visuose gyvuose organizmuose ir atlieka svarbų vaidmenį ląstelių metabolizme, nes tai yra pagrindinis būdas ląstelėse kaupti ir perduoti energiją. Augalai jį gamina fotofosforilinimo būdu – procesu, kuris saulės šviesą paverčia energija. ATP taip pat gali būti gaminamas anaerobiniame procese, reakcijoje, kuriai nereikia deguonies. Pavyzdžiui, fermentacija gali vykti be deguonies, tačiau šie ir kiti anaerobiniai medžiagų apykaitos procesai paprastai yra daug mažiau veiksmingi šios molekulės kūrimo būdai.
Daugeliui ląstelių funkcijų reikia ATP. Ląstelė suskaido šias molekules į ADP ir fosfato jonus, išskirdama sukauptą energiją. Tada ši energija naudojama tokiems dalykams kaip didelių molekulių perkėlimas į ląstelę ir iš jos arba padedant sukurti baltymus, DNR ir RNR. ATP taip pat dalyvauja raumenų judėjime ir yra būtinas palaikant ląstelės citoskeletą – struktūrą citoplazmoje, kuri palaiko ląstelę ir laiko ją kartu.