Co jest utleniane, a co zmniejsza się w oddychaniu komórkowym?

W trakcie oddychanie aerobowe, tlen pobierany przez komórkę łączy się z glukozą, aby wytworzyć energię w postaci Trójfosforan adenozyny (ATP), a komórka wydala dwutlenek węgla i wodę. Jest to reakcja utleniania, w której glukoza jest utleniana, a tlen jest redukowany. Ten proces ma kluczowe znaczenie dla wszystkich eukarionty, które są dużymi komórkami, które zawierają jądro i inne organelle i które tworzą złożone organizmy, takie jak ludzie. Oddychanie w większości prokariota, tak jak niektóre bakterie, jest beztlenowa. Obejmuje reakcje utleniania/redukcji, które wytwarzają energię bez tlenu.

Utlenianie i redukcja to słowa, które odnoszą się do sposobu wymiany elektronów w reakcji chemicznej. Kiedy chemicy po raz pierwszy opisali reakcje utleniania/redukcji, używali terminu „utlenianie” w odniesieniu tylko do reakcji, w których inne chemikalia były związane z tlenem. Odnieśli się do reakcji, które przekształcają substancję chemiczną z powrotem do czystej postaci, takiej jak ta, w której usunięto tlen z magnezu i pozostawiono tylko magnez, jako reakcje redukcji. Gdy naukowcy odkryli więcej o mechanizmach leżących u podstaw, stało się jednak jasne, że w utlenianie, pierwiastek tracił jeden lub więcej elektronów na rzecz tlenu, a podczas redukcji pierwiastek zyskiwał elektrony.

ATP wyprodukowany w oddychania komórkowego jest paliwem chemicznym, które bezpośrednio lub pośrednio napędza każdą reakcję w komórce. Oddychanie zachodzi w każdej komórce ludzkiego ciała, a także w komórkach prawie każdego eukariota. Fakt, że nasze komórki są zależne od tej reakcji, jest powodem, dla którego ludzie wdychają tlen, a wydychają dwutlenek węgla.

Proces oddychania komórkowego obejmuje dwa główne etapy. W pierwszym etapie, który naukowcy nazywają glikolizą, rozkłada się glukoza. W drugim oddychanie tlenowe dalej rozkłada pozostałości glukozy. Podczas oddychania tlenowego tlen jest redukowany, oddając elektron wodorowi w celu wytworzenia wody. Cały proces oddychania komórkowego utlenia glukozę. To wytwarza większość energii uwalnianej podczas oddychania komórkowego.

Fermentacja obejmuje również utlenianie i redukcję oraz wytwarza ATP, ale robi to mniej wydajnie. Niektóre proste organizmy, takie jak drożdże, wykorzystują ten proces pod nieobecność tlenu. Nawet ludzie stosują fermentację jako rodzaj wsparcia dla oddychania komórkowego w pozbawionych tlenu komórkach mięśniowych. Podczas fermentacji substancja chemiczna zwana dinukleotydem nikotynamidoadeninowym + wodór (NADH) jest utleniana, a substancja chemiczna o nazwie pirogronian jest redukowana. Proces ten wytwarza tylko dwie cząsteczki ATP na cząsteczkę glukozy, podczas gdy oddychanie komórkowe wytwarza 36 cząsteczek ATP z pojedynczej cząsteczki glukozy.