ออกซิเจนมีความสำคัญต่อการปลดปล่อยพลังงานในการหายใจระดับเซลล์อย่างไร?

การหายใจระดับเซลล์แบบแอโรบิกเป็นกระบวนการที่เซลล์ใช้ออกซิเจนเพื่อช่วยเปลี่ยนกลูโคสให้เป็นพลังงาน การหายใจประเภทนี้เกิดขึ้นในสามขั้นตอน: ไกลโคไลซิส; วงจร Krebs; และฟอสโฟรีเลชั่นขนส่งอิเล็กตรอน ออกซิเจนไม่จำเป็นสำหรับ glycolysis แต่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่เหลือที่จะเกิดขึ้น

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสอย่างสมบูรณ์

การหายใจระดับเซลล์เป็นกระบวนการที่เซลล์ปล่อยพลังงานจากกลูโคสและเปลี่ยนเป็นรูปแบบที่ใช้งานได้เรียกว่าเอทีพี เอทีพีเป็นโมเลกุลที่ให้พลังงานจำนวนเล็กน้อยแก่เซลล์ ซึ่งให้พลังงานแก่เซลล์เพื่อทำหน้าที่เฉพาะ

การหายใจมีสองประเภท: ไม่ใช้ออกซิเจนและแอโรบิก การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนไม่ใช้ออกซิเจน การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนทำให้เกิดยีสต์หรือแลคเตท เมื่อออกกำลังกาย ร่างกายจะใช้ออกซิเจนได้เร็วกว่าที่ร่างกายรับเข้าไป การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนให้แลคเตทเพื่อให้กล้ามเนื้อเคลื่อนไหว การสะสมของแลคเตทและการขาดออกซิเจนเป็นสาเหตุของความเมื่อยล้าของกล้ามเนื้อและการหายใจลำบากระหว่างการออกกำลังกายอย่างหนัก

การหายใจแบบแอโรบิกเกิดขึ้นในสามขั้นตอนโดยที่โมเลกุลกลูโคสเป็นแหล่งพลังงาน ระยะแรกเรียกว่า glycolysis และไม่ต้องการออกซิเจน ในขั้นตอนนี้ โมเลกุล ATP ถูกใช้เพื่อช่วยสลายกลูโคสให้เป็นสารที่เรียกว่าไพรูเวต ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ขนส่งอิเล็กตรอนที่เรียกว่า NADH โมเลกุล ATP อีกสองโมเลกุล และคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นของเสียและถูกขับออกจากร่างกาย

ขั้นตอนที่สองเรียกว่าวงจร Krebs วัฏจักรนี้ประกอบด้วยชุดของปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนซึ่งสร้าง NADH เพิ่มเติม

ขั้นตอนสุดท้ายเรียกว่าฟอสโฟรีเลชั่นขนส่งอิเล็กตรอน ในระหว่างขั้นตอนนี้ NADH และโมเลกุลขนย้ายอื่นที่เรียกว่า FADH2 จะนำอิเล็กตรอนไปยังเซลล์ พลังงานจากอิเล็กตรอนจะถูกแปลงเป็น ATP เมื่อใช้อิเล็กตรอนแล้ว จะนำไปบริจาคให้กับอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อทำน้ำ

Glycolysis เป็นขั้นตอนแรกของการหายใจทั้งหมด ในระหว่างขั้นตอนนี้ ทุกโมเลกุลของกลูโคสจะถูกย่อยสลายเป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบที่เรียกว่าไพรูเวต โมเลกุล ATP สองโมเลกุล และ NADH สองโมเลกุล

เมื่อเกิดปฏิกิริยานี้แล้ว ไพรูเวตจะผ่านปฏิกิริยาเคมีเพิ่มเติมที่เรียกว่าการหมัก ในระหว่างกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนจะถูกเพิ่มเข้าไปในไพรูเวตเพื่อสร้าง NAD+ และแลคเตท

ในการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ไพรูเวตจะถูกย่อยสลายเพิ่มเติมและรวมกับออกซิเจนเพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งถูกกำจัดออกจากร่างกาย

ไพรูเวทเป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ ไพรูเวตแต่ละโมเลกุลมีคาร์บอนสามโมเลกุล มีเพียงสองโมเลกุลเหล่านี้เท่านั้นที่ใช้เพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์ในขั้นตอนสุดท้ายของไกลโคไลซิส ดังนั้นหลังจากไกลโคไลซิสจะมีคาร์บอนลอยอยู่รอบๆ คาร์บอนนี้จับกับเอ็นไซม์ต่างๆ เพื่อสร้างสารเคมีที่ใช้ในความสามารถอื่นๆ ในเซลล์ ปฏิกิริยาวัฏจักร Krebs ยังสร้าง NADH อีกแปดโมเลกุลและอีกสองโมเลกุลของตัวขนส่งอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งที่เรียกว่า FADH2

NADH และ FADH2 นำอิเล็กตรอนไปยังเยื่อหุ้มเซลล์พิเศษ ซึ่งพวกมันจะถูกเก็บเกี่ยวเพื่อสร้าง ATP เมื่อใช้อิเลคตรอน อิเล็กตรอนจะหมดและต้องถูกขับออกจากร่างกาย ออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับงานนี้ อิเล็กตรอนที่ใช้แล้วจับกับออกซิเจน ในที่สุดโมเลกุลเหล่านี้จะจับกับไฮโดรเจนเพื่อสร้างน้ำ