Glukoosin hapetus on kemiallinen prosessi, joka antaa organismille energiaa kaikkien tarvittavien toimintojen suorittamiseen. Tämän prosessin aikana glukoosi, yksinkertainen elintarvikkeesta saatu sokerimolekyyli, hajoaa hiilidioksidiksi ja veteen. Tämä reaktio vapauttaa energiaa ja varastoi sen kemiallisessa muodossa solun käyttöön. Glukoosin hapettumisessa on kolme erillistä vaihetta: glykolyysi, sitruunahapposykli ja elektronien siirtojärjestelmä.
Glukoosi
Glukoosimolekyylejä käytetään rakentamaan monimutkaisempia hiilihydraatteja, kuten tärkkelystä ja selluloosaa. Tämän molekyylin kemiallinen kaava on C6H12O6, mikä tarkoittaa, että se koostuu kuudesta hiiliatomista, 12 vetyatomista ja kuudesta happiatomista. Kasveissa ja monissa elintarvikkeissa esiintyvä glukoosi imeytyy verenkiertoon ruoansulatuksen aikana.
Hapetus
Glukoosin hapetus on aerobinen prosessi, kemiallinen reaktio, joka vaatii happea. Termi “hapettuminen” viittaa itse asiassa mihin tahansa reaktioon, jossa happi yhdistetään toisen molekyylin kanssa, jonka sanotaan sitten hapettuneen. Prosessin aikana yksi glukoosimolekyyli yhdistyy kuuden happimolekyylin kanssa tuottamaan kuusi hiilidioksidimolekyyliä, kuusi vesimolekyyliä ja adenosiinitrifosfaatti (ATP), molekyyli, jota solut käyttävät energian tallentamiseen tai siirtämiseen.
Glykolyysivaiheen
Ensimmäinen vaihe hapettumisprosessissa on glykolyysi, joka tapahtuu solun sytoplasmassa, geelimäisessä aineessa, joka täyttää solun ja ympäröi muita soluelimiä. Tässä vaiheessa glukoosimolekyyli hajoaa kahteen pyruvaattimolekyyliin, orgaaniseen happoon, joka voi toimittaa soluja energialla. Tämä hajoaminen vapauttaa myös energiaa, jota käytetään lisäämään fosfaatti -ioni adenosiinidifosfaattiin (ADP) ATP: n luomiseksi. ADP puolestaan muodostuu ATP: n hajottamisesta energian vapauttamiseksi.
Yhden glukoosimolekyylin glykolyysi kuluttaa kaksi ATP -molekyyliä ja tuottaa yhteensä neljä, mikä johtaa kahden ATP: n nettoenergian lisäykseen. Prosessin energiaa käytetään myös kahden NADH: n tuottamiseen, entsyymin muotoon, jota käytetään elektronien siirtämiseen solujen kemiallisten reaktioiden tehostamiseen.
Sitruunahapposykli
Sitruunahapposyklin, jota kutsutaan myös Krebs -sykliksi, aloittamiseksi glykolyysillä tuotetut pyruvaattimolekyylit siirretään mitokondrioihin, soluelimeen, joka osallistuu metabolisiin prosesseihin. Siellä molekyylit muunnetaan asetyyli -CoA: ksi, sitruunahapposykliä ohjaavaksi molekyyliksi. Asetyyli -CoA koostuu hiilestä pyruvaatista ja koentsyymi A: sta, molekyylistä, joka auttaa biologisissa prosesseissa. Muuntamisprosessi tuottaa yhden NADH: n.
Asetyyli -CoA vapauttaa molekyylin hiiliosan sitruunahappokiertoon, joka kulkee jatkuvasti tuottaen ATP: tä, suuren energian elektroneja ja hiilidioksidia. Suurin osa tuotetusta energiasta varastoituu suurienergisten elektronien muodossa, ja yksi syklin kierros johtaa kolmeen NADH: hon ja yhteen FADH2: een. Kuten NADH, FADH2 tallentaa kaapatut elektronit. Sykli tuottaa myös kaksi ATP: tä ja luovuttaa loput energiasta lämmönä.
Elektronien siirtojärjestelmä
Glukoosin hapetuksen viimeinen vaihe tapahtuu myös mitokondrioissa, missä proteiiniryhmä, nimeltään elektroninsiirtojärjestelmä, auttaa muuttamaan NADH: n ja FADH2: n sieppaamien elektronien energian ATP: ksi. Tämä prosessi on mallinnettu kemosmoottisella teorialla, joka kuvaa tapaa, jolla nämä elektronit kulkevat kuljetusjärjestelmää pitkin ja vapauttavat energiaa niiden liikkuessa.
Vapautettua energiaa käytetään positiivisesti varautuneiden vetyionien siirtämiseen edestakaisin kalvon poikki, mikä erottaa mitokondrioiden kaksi osaa. Tämän liikkeen energia tallennetaan ATP: hen. Tätä prosessia kutsutaan oksidatiiviseksi fosforylaatioksi, koska happi on välttämätön viimeisessä vaiheessa, jolloin elektronien ja vetyatomien hyväksymisestä tulee H2 tai vettä. Energian saanto tässä vaiheessa on 26-28 ATP.
Energiaa saatu
Kun yksittäinen glukoosimolekyyli hapetetaan, solu saa noin 30-32 ATP: tä. Tämä luku voi vaihdella, koska usein mitokondrio ei toimi täydellä kapasiteetilla. Osa energiasta voi kadota, kun glykolyysissä muodostuneet NADH -molekyylit siirtävät elektroninsa mitokondrioiden ja sytoplasman erottavan kalvon läpi.
ATP
ATP on läsnä kaikissa elävissä organismeissa ja sillä on kriittinen rooli solujen aineenvaihdunnassa, koska se on tärkein tapa, jolla solut varastoivat ja siirtävät energiaa. Kasvit tuottavat sen fotofosforylaatiolla, joka muuttaa auringonvalon energiaksi. ATP voidaan tuottaa myös anaerobisessa prosessissa, reaktiossa, joka ei vaadi happea. Esimerkiksi käyminen voi tapahtua ilman happea, mutta tämä ja muut anaerobiset aineenvaihduntaprosessit ovat yleensä paljon vähemmän tehokkaita tapoja tehdä tämä molekyyli.
Monet solutoiminnot edellyttävät ATP: tä. Solu hajottaa nämä molekyylit ADP- ja fosfaatti -ioneiksi vapauttaen varastoidun energian. Tätä energiaa käytetään sitten esimerkiksi suurien molekyylien siirtämiseen soluun ja ulos tai proteiinien, DNA: n ja RNA: n luomiseen. ATP on myös mukana lihasten liikkeessä ja on välttämätön solun luustorungon ylläpitämiseksi, soluplasman rakenteessa, joka tukee solua ja pitää sen yhdessä.