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好気性呼吸中、細胞に取り込まれた酸素はグルコースと結合してアデノシン三リン酸（ATP）の形でエネルギーを生成し、細胞は二酸化炭素と水を排出します。これは、グルコースが酸化され、酸素が減少する酸化反応です。このプロセスは、すべての真核生物にとって重要です。真核生物は、核やその他の細胞小器官を含む大きな細胞であり、人間などの複雑な生物を形成します。特定の細菌など、ほとんどの原核生物の呼吸は嫌気性です。酸素なしでエネルギーを生成する酸化/還元反応を伴います。
酸化と還元の定義
酸化と還元は、化学反応で電子が交換される方法を指す言葉です。化学者が最初に酸化/還元反応を説明したとき、彼らは「酸化」という用語を使用して、他の化学物質が酸素に結合した反応のみを指すようにしました。彼らは、還元反応として、マグネシウムから酸素を除去してマグネシウムだけを残すような化学物質を純粋な形に戻す反応に言及しました。しかし、科学者が基礎となるメカニズムについてさらに発見すると、酸化では、元素は酸素に1つ以上の電子を失い、還元では、元素は電子を獲得していることが明らかになりました。
細胞呼吸の重要性
細胞呼吸で生成されるATPは、直接または間接的に細胞内のすべての反応を促進する化学燃料です。呼吸は、ほとんどすべての真核生物の細胞と同様に、人体のあらゆる細胞で起こります。私たちの細胞がこの反応に依存しているという事実は、人間が酸素を吸い込んで二酸化炭素を吐き出す理由です。
還元または酸化
細胞呼吸のプロセスには、2つの主要なステップが含まれます。科学者が解糖と呼ぶ最初のステップで、グルコースが分解します。第二に、好気性呼吸はグルコースの残りをさらに分解します。好気性呼吸中、酸素が減少し、水素に電子を与えて水を形成します。細胞呼吸のプロセス全体がグルコースを酸化します。これにより、細胞呼吸で放出されるエネルギーの大部分が生成されます。
発酵のプロセス
発酵には酸化と還元も含まれ、ATPを生成しますが、効率は低下します。酵母などの一部の単純な生物は、酸素の不在下でこのプロセスを使用します。人間でさえ、酸素を奪われた筋肉細胞の細胞呼吸の一種のバックアップとして発酵を使用します。発酵中、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド+水素（NADH）と呼ばれる化学物質が酸化され、ピルビン酸と呼ばれる化学物質が還元されます。このプロセスでは、グルコース分子あたり2つのATP分子しか生成されませんが、細胞呼吸では、単一のグルコース分子から36のATP分子が生成されます。