Τι είναι οξειδωμένο και τι μειώνεται στην αναπνοή των κυττάρων;

Στη διάρκεια αερόβια αναπνοή, το οξυγόνο που λαμβάνεται από ένα κύτταρο συνδυάζεται με γλυκόζη για την παραγωγή ενέργειας με τη μορφή Τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), και το κύτταρο αποβάλλει διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Αυτή είναι μια αντίδραση οξείδωσης στην οποία η γλυκόζη οξειδώνεται και το οξυγόνο μειώνεται. Αυτή η διαδικασία είναι κρίσιμη για όλους ευκαρυώτες, τα οποία είναι μεγάλα κύτταρα που περιέχουν έναν πυρήνα και άλλα οργανίδια και που σχηματίζουν πολύπλοκους οργανισμούς, όπως τα ανθρώπινα όντα. Αναπνοή στα περισσότερα προκαρυώτες, όπως ορισμένα βακτήρια, είναι αναερόβια. Περιλαμβάνει αντιδράσεις οξείδωσης / μείωσης που παράγουν ενέργεια χωρίς οξυγόνο.

Οξείδωση και αναγωγή είναι λέξεις που αναφέρονται στον τρόπο ανταλλαγής ηλεκτρονίων σε χημική αντίδραση. Όταν οι χημικοί περιέγραψαν για πρώτη φορά αντιδράσεις οξείδωσης / αναγωγής, χρησιμοποίησαν τον όρο "οξείδωση" για να αναφέρονται μόνο σε αντιδράσεις στις οποίες άλλες χημικές ουσίες συνδέθηκαν με οξυγόνο. Αναφέρθηκαν σε αντιδράσεις που μετέτρεψαν μια χημική ουσία σε καθαρή μορφή, όπως αυτή που απομάκρυνε το οξυγόνο από το μαγνήσιο και άφησε μόνο μαγνήσιο, ως αντιδράσεις αναγωγής. Καθώς οι επιστήμονες ανακάλυψαν περισσότερα για τους υποκείμενους μηχανισμούς, ωστόσο, κατέστη σαφές ότι το οξείδωση, ένα στοιχείο έχασε ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια από οξυγόνο, και σε μείωση, ένα στοιχείο κέρδισε ηλεκτρόνια.

Το ATP παράγεται στο κυτταρική αναπνοή είναι ένα χημικό καύσιμο που τροφοδοτεί κάθε αντίδραση στο κύτταρο, είτε άμεσα είτε έμμεσα. Η αναπνοή συμβαίνει σε κάθε κύτταρο του ανθρώπινου σώματος, καθώς και στα κύτταρα σχεδόν κάθε ευκαρυώτου. Το γεγονός ότι τα κύτταρα μας εξαρτώνται από αυτήν την αντίδραση είναι ο λόγος που οι άνθρωποι αναπνέουν οξυγόνο και εκπνέουν διοξείδιο του άνθρακα.

Η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής περιλαμβάνει δύο βασικά βήματα. Στο πρώτο βήμα, το οποίο οι επιστήμονες αποκαλούν γλυκόλυση, η γλυκόζη διαλύεται. Στο δεύτερο, η αερόβια αναπνοή σπάζει περαιτέρω τα υπολείμματα της γλυκόζης. Κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής, το οξυγόνο μειώνεται, δίνοντας ένα ηλεκτρόνιο στο υδρογόνο για να σχηματίσει νερό. Ολόκληρη η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής οξειδώνει τη γλυκόζη. Αυτό παράγει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που απελευθερώνεται στην κυτταρική αναπνοή.

Ζύμωση περιλαμβάνει επίσης οξείδωση και μείωση και παράγει ATP, αλλά το κάνει λιγότερο αποτελεσματικά. Μερικοί απλοί οργανισμοί, όπως ζύμες, χρησιμοποιούν αυτή τη διαδικασία απουσία οξυγόνου. Ακόμα και οι άνθρωποι χρησιμοποιούν τη ζύμωση ως ένα είδος αντιγράφων ασφαλείας για την κυτταρική αναπνοή σε μυϊκά κύτταρα που στερούνται οξυγόνου. Κατά τη ζύμωση, μια χημική ουσία που ονομάζεται νικοτιναμίδιο αδενίνη δινουκλεοτίδιο + υδρογόνο (NADH) οξειδώνεται και μια χημική ουσία που ονομάζεται πυροσταφυλική μειώνεται. Αυτή η διαδικασία παράγει μόνο δύο μόρια ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης, ενώ η κυτταρική αναπνοή παράγει 36 μόρια ΑΤΡ από ένα μόνο μόριο γλυκόζης.