Durante respirazione aerobica, l'ossigeno assorbito da una cellula si combina con il glucosio per produrre energia sotto forma di Adenosina trifosfato (ATP)e la cellula espelle anidride carbonica e acqua. Questa è una reazione di ossidazione in cui il glucosio viene ossidato e l'ossigeno viene ridotto. Questo processo è fondamentale per tutti eucarioti, che sono grandi cellule che contengono un nucleo e altri organelli e che formano organismi complessi, come gli esseri umani. Respirazione nella maggior parte dei casi procarioti, come alcuni batteri, è anaerobico. Implica reazioni di ossidazione/riduzione che producono energia senza ossigeno.
Definizioni di ossidazione e riduzione
Ossidazione e riduzione sono parole che si riferiscono al modo in cui gli elettroni vengono scambiati in una reazione chimica. Quando i chimici descrissero per la prima volta le reazioni di ossidazione/riduzione, usarono il termine "ossidazione" per riferirsi solo a reazioni in cui altre sostanze chimiche erano legate all'ossigeno. Si riferivano a reazioni che riconvertono una sostanza chimica in una forma pura, come quella che rimuoveva l'ossigeno dal magnesio e lasciava solo il magnesio, come reazioni di riduzione. Man mano che gli scienziati scoprirono di più sui meccanismi sottostanti, tuttavia, divenne chiaro che in ossidazione, un elemento stava perdendo uno o più elettroni a causa dell'ossigeno, e in riduzione, un elemento stava guadagnando elettroni.
L'importanza della respirazione cellulare
L'ATP prodotto in respirazione cellulare è un combustibile chimico che alimenta ogni reazione nella cellula, direttamente o indirettamente. La respirazione avviene in ogni cellula del corpo umano, così come nelle cellule di quasi tutti gli eucarioti. Il fatto che le nostre cellule dipendano da questa reazione è la ragione per cui gli esseri umani inspirano ossigeno ed espirano anidride carbonica.
Riduzione o ossidazione
Il processo di respirazione cellulare prevede due fasi principali. Nella prima fase, che gli scienziati chiamano glicolisi, il glucosio si scompone. Nel secondo, la respirazione aerobica rompe ulteriormente i resti del glucosio. Durante la respirazione aerobica, l'ossigeno si riduce, donando un elettrone all'idrogeno per formare acqua. L'intero processo di respirazione cellulare ossida il glucosio. Questo produce la maggior parte dell'energia rilasciata nella respirazione cellulare.
Il processo di fermentazione
Fermentazione coinvolge anche ossidazione e riduzione e produce ATP, ma lo fa in modo meno efficiente. Alcuni organismi semplici, come i lieviti, utilizzano questo processo in assenza di ossigeno. Anche gli esseri umani usano la fermentazione come una sorta di backup per la respirazione cellulare nelle cellule muscolari prive di ossigeno. Durante la fermentazione, una sostanza chimica chiamata nicotinammide adenina dinucleotide + idrogeno (NADH) viene ossidata e una sostanza chimica chiamata piruvato viene ridotta. Questo processo produce solo due molecole di ATP per molecola di glucosio, mentre la respirazione cellulare produce 36 molecole di ATP da una singola molecola di glucosio.