Oksidasi glukosa adalah proses kimia yang menyediakan energi bagi organisme untuk melakukan semua kegiatan yang diperlukan. Selama proses ini, glukosa, molekul gula sederhana yang diperoleh dari makanan, dipecah menjadi karbon dioksida dan air. Reaksi ini melepaskan energi dan menyimpannya dalam bentuk kimia untuk sel untuk digunakan. Ada tiga tahap yang terpisah dari oksidasi glukosa: glikolisis, siklus asam sitrat, dan sistem transpor elektron.

Glukosa

Molekul glukosa digunakan untuk membangun karbohidrat yang lebih kompleks, seperti pati dan selulosa. Rumus kimia untuk molekul ini adalah C₆H₁₂O₆, yang berarti bahwa itu terdiri dari enam atom karbon, 12 atom hidrogen, dan enam atom oksigen. Ditemukan pada tumbuhan dan berbagai jenis makanan, glukosa diserap ke dalam aliran darah selama proses pencernaan.

Oksidasi

Oksidasi glukosa adalah proses aerobik, reaksi kimia yang memerlukan oksigen. Istilah “oksidasi,” pada kenyataannya, mengacu pada setiap reaksi di mana oksigen dikombinasikan dengan molekul lain, yang kemudian dikatakan teroksidasi.

Selama proses tersebut, satu molekul glukosa bergabung dengan enam molekul oksigen untuk menghasilkan enam molekul karbon dioksida, enam molekul air, dan adenosine triphosphate (ATP), molekul yang sel digunakan untuk menyimpan atau mentransfer energi.

Glikolisis

Langkah pertama dalam proses oksidasi glikolisis, yang terjadi dalam sitoplasma sel, zat seperti gel yang mengisi sel dan mengelilingi organ selular lainnya. Selama tahap ini, molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul piruvat, asam organik yang dapat memasok sel dengan energi. Kerusakan ini juga melepaskan energi, yang digunakan untuk menambah ion fosfat menjadi adenosin difosfat (ADP) untuk membuat ATP. ADP, pada gilirannya, dibentuk dengan ATP dipecah untuk melepaskan energi.

Glikolisis molekul glukosa tunggal mengkonsumsi dua molekul ATP, dan menghasilkan total empat, menyebabkan keuntungan energi bersih dua ATP. Energi dari proses ini juga digunakan untuk menghasilkan dua NADH, suatu bentuk enzim yang digunakan untuk mentransfer elektron berkuasa reaksi kimia selular.

Siklus Asam sitrat

Untuk memulai siklus asam sitrat, juga disebut siklus Krebs, molekul piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis akan dipindah ke mitokondria, organ seluler yang terlibat dalam proses metabolisme. Sesampai di sana, molekul diubah menjadi asetil CoA, molekul yang menjadi kekuatan siklus asam sitrat. Asetil CoA terdiri dari karbon dari piruvat dan koenzim A, sebuah molekul yang membantu dalam proses biologis. Proses konversi menghasilkan satu NADH.

Asetil CoA melepaskan molekul bagian karbon ke dalam siklus asam sitrat, yang berjalan terus-menerus, memproduksi ATP, elektron berenergi tinggi, dan karbon dioksida. Sebagian besar energi yang dihasilkan disimpan dalam bentuk elektron berenergi tinggi, dan satu putaran siklus akan menghasilkan tiga NADH dan satu FADH₂. Seperti NADH, FADH₂ menyimpan elektron yang ditangkap. Siklus ini juga menghasilkan dua ATP, dan melepaskan energi lainnya sebagai panas.

Sistem Transportasi Elektron

Tahap akhir dari oksidasi glukosa juga terjadi dalam mitokondria, di mana sekelompok protein, yang disebut sistem transpor elektron, membantu mengubah energi elektron ditangkap oleh NADH dan FADH₂ menjadi ATP. Proses ini dimodelkan dengan teori kemiosmotik, yang menggambarkan cara elektron tersebut melewati sepanjang sistem transportasi, melepaskan energi ketika mereka bergerak melaluinya.

Pelepasan energi yang digunakan untuk memindahkan ion hidrogen bermuatan positif bolak-balik melintasi membran yang memisahkan dua bagian mitokondria. Energi dari gerakan ini disimpan dalam ATP. Proses ini disebut fosforilasi oksidatif, karena oksigen diperlukan untuk langkah terakhir, menerima elektron dan atom hidrogen menjadi H₂O, atau air. Hasil energi dari tahap ini adalah 26 sampai 28 ATP.

Keuntungan energi

Ketika satu molekul glukosa teroksidasi, sel mendapat keuntungan sekitar 30-32 ATP. Jumlah ini dapat bervariasi, karena sering mitokondria yang tidak bekerja pada kapasitas penuh. Beberapa energi mungkin akan hilang sebagai molekul NADH yang dibentuk pada glikolisis mentransfer elektron melalui membran yang memisahkan mitokondria dan sitoplasma.

ATP

ATP yang hadir dalam semua organisme hidup dan memainkan peran penting dalam metabolisme sel, karena cara sel-sel menyimpan dan mentransfer energi utama. Tanaman menghasilkan dengan fotofosforilasi, proses yang mengubah sinar matahari menjadi energi. ATP juga dapat diproduksi dalam proses anaerobik, reaksi yang tidak memerlukan oksigen. Fermentasi, misalnya, dapat berlangsung tanpa ada oksigen, tapi ini dan proses metabolisme anaerobik lainnya yang cenderung kurang efisien cara untuk membuat molekul ini.

Sejumlah besar fungsi selular memerlukan ATP. Sel memecah molekul-molekul dalam ADP dan ion fosfat, melepaskan energi yang tersimpan. Energi ini kemudian digunakan untuk melakukan hal-hal seperti gerakan molekul besar masuk dan keluar dari sel atau untuk membantu menciptakan protein, DNA, dan RNA. ATP juga terlibat dalam gerakan otot dan sangat penting untuk menjaga sitoskeleton sel, struktur dalam sitoplasma yang mendukung sel dan memegang mereka bersama-sama.