Glikozes oksidēšana ir ķīmisks process, kas nodrošina organismam enerģiju visu nepieciešamo darbību veikšanai. Šī procesa laikā glikoze, vienkārša cukura molekula, kas iegūta no pārtikas, tiek sadalīta oglekļa dioksīdā un ūdenī. Šī reakcija atbrīvo enerģiju un uzglabā to ķīmiskā veidā, lai šūna varētu izmantot. Ir trīs atsevišķi glikozes oksidācijas posmi: glikolīze, citronskābes cikls un elektronu transportēšanas sistēma.
Glikoze
Glikozes molekulas tiek izmantotas, lai izveidotu sarežģītākus ogļhidrātus, piemēram, cieti un celulozi. Šīs molekulas ķīmiskā formula ir C6H12O6, kas nozīmē, ka tā sastāv no sešiem oglekļa atomiem, 12 ūdeņraža atomiem un sešiem skābekļa atomiem. Glikoze, kas atrodama augos un daudzos pārtikas veidos, gremošanas laikā uzsūcas asinīs.
oksidācija
Glikozes oksidēšana ir aerobs process, ķīmiska reakcija, kurai nepieciešams skābeklis. Termins “oksidācija” faktiski attiecas uz jebkuru reakciju, kurā skābeklis tiek apvienots ar citu molekulu, kas pēc tam tiek uzskatīta par oksidētu. Procesa laikā viena glikozes molekula apvienojas ar sešām skābekļa molekulām, veidojot sešas oglekļa dioksīda molekulas, sešas ūdens molekulas un adenozīna trifosfātu (ATP), molekulu, ko šūnas izmanto enerģijas uzglabāšanai vai pārnešanai.
Glikolīze
Pirmais solis oksidācijas procesā ir glikolīze, kas notiek šūnas citoplazmā, želejveida vielā, kas piepilda šūnu un ieskauj citus šūnu orgānus. Šajā posmā glikozes molekula tiek sadalīta divās piruvāta molekulās, organiskās skābes, kas var piegādāt šūnas ar enerģiju. Šis sadalījums arī atbrīvo enerģiju, ko izmanto, lai pievienotu fosfāta jonu adenozīna difosfātam (ADP), lai izveidotu ATP. Savukārt ADP veidojas ar ATP sadalīšanu, lai atbrīvotu savu enerģiju.
Vienas glikozes molekulas glikolīze patērē divas ATP molekulas un kopā rada četras, tādējādi iegūstot neto enerģijas pieaugumu divu ATP apmērā. Procesa enerģija tiek izmantota arī divu NADH ražošanai, kas ir enzīma forma, ko izmanto elektronu pārnešanai, lai darbinātu šūnu ķīmiskās reakcijas.
Citronskābes cikls
Lai sāktu citronskābes ciklu, ko sauc arī par Krebsa ciklu, glikolīzes rezultātā ražotās piruvāta molekulas tiek pārvietotas uz mitohondrijiem, šūnu orgānu, kas iesaistīts vielmaiņas procesos. Nokļūstot, molekulas tiek pārveidotas par acetil-CoA, molekulu, kas nodrošina citronskābes ciklu. Acetil CoA sastāv no piruvāta oglekļa un koenzīma A, molekulas, kas palīdz bioloģiskos procesos. Pārveidošanas process rada vienu NADH.
Acetil CoA atbrīvo molekulas oglekļa daļu citronskābes ciklā, kas darbojas nepārtraukti, ražojot ATP, augstas enerģijas elektronus un oglekļa dioksīdu. Lielākā daļa saražotās enerģijas tiek uzkrāta augstas enerģijas elektronu veidā, un viens cikla apgrieziens radīs trīs NADH un vienu FADH2. Tāpat kā NADH, FADH2 glabā uztvertos elektronus. Cikls ražo arī divus ATP, bet pārējo enerģiju izdala kā siltumu.
Elektronu transporta sistēma
Glikozes oksidācijas pēdējais posms notiek arī mitohondrijās, kur proteīnu grupa, ko sauc par elektronu transporta sistēmu, palīdz pārveidot NADH un FADH2 uztverto elektronu enerģiju ATP. Šis process ir modelēts ar chemiosmotic teoriju, kas apraksta veidu, kā šie elektroni šķērso transporta sistēmu, atbrīvojot enerģiju, pārvietojoties.
Atbrīvotā enerģija tiek izmantota, lai pārvietotu pozitīvi lādētos ūdeņraža jonus uz priekšu un atpakaļ pa membrānu, kas atdala divas mitohondriju daļas. Enerģija no šīs kustības tiek uzkrāta ATP. Šo procesu sauc par oksidatīvo fosforilāciju, jo skābeklis ir nepieciešams pēdējā posmā, pieņemot elektronus un ūdeņraža atomus, lai kļūtu par H2O jeb ūdeni. Enerģijas ieguve no šī posma ir 26 līdz 28 ATP.
Iegūta enerģija
Kad tiek oksidēta viena glikozes molekula, šūna iegūst apmēram 30 līdz 32 ATP. Šis skaitlis var atšķirties, jo bieži mitohondrijs nedarbojas ar pilnu jaudu. Daļa enerģijas var tikt zaudēta, jo glikolīzē izveidotās NADH molekulas pārnes savus elektronus caur membrānu, kas atdala mitohondrijus un citoplazmu.
ATP
ATP atrodas visos dzīvajos organismos, un tam ir izšķiroša nozīme šūnu metabolismā, jo tas ir galvenais veids, kā šūnas uzglabā un pārnes enerģiju. Augi to ražo ar fotofosforilēšanu, procesu, kas pārvērš saules gaismu enerģijā. ATP var ražot arī anaerobā procesā, reakcijā, kam nav nepieciešams skābeklis. Piemēram, fermentācija var notikt bez skābekļa, taču šie un citi anaerobie vielmaiņas procesi parasti ir daudz mazāk efektīvi veidi, kā iegūt šo molekulu.
Lielai daļai šūnu funkciju ir nepieciešams ATP. Šūna sadala šīs molekulas ADP un fosfāta jonos, atbrīvojot uzkrāto enerģiju. Pēc tam šo enerģiju izmanto, lai veiktu tādas darbības kā lielu molekulu pārvietošana šūnā un ārā no tās vai palīdzētu radīt olbaltumvielas, DNS un RNS. ATP ir iesaistīts arī muskuļu kustībā un ir būtisks, lai uzturētu šūnas citoskeletu, struktūru citoplazmā, kas atbalsta šūnu un satur to kopā.