Zuurstof wordt voornamelijk gebruikt in de mitochondriën en peroxisomen van eukaryotische cellen. Mitochondriën voeren cellulaire ademhaling uit – het proces dat energie uit voedsel omzet in ATP – de primaire vorm van energie die door cellen wordt gebruikt. Peroxisomen vervullen verschillende functies, waarbij ze voornamelijk verschillende stoffen zoals vetzuren afbreken.
Peroxisomen bevatten maximaal 50 enzymen en zijn omringd door een enkel membraan. Ze voeren oxidatieve reacties uit die moleculen afbreken en waterstofperoxide (H 2 O 2 ) als bijproduct produceren. H 2 O 2 is giftig voor cellen, maar het peroxisoom bevat een enzym – catalase – dat H 2 O 2 omzet in water en zuurstof dat niet schadelijk is voor cellen. Bovendien gebruikt catalase H 2 O 2 om alcohol in de lever af te breken tot aldehyde en water. Omdat H 2 O 2 echter in zeer kleine hoeveelheden in het lichaam wordt geproduceerd, zijn andere enzymen voornamelijk verantwoordelijk voor de afbraak van alcohol.
De belangrijkste functie van het peroxisoom is de afbraak van vetzuren in een proces dat β-oxidatie wordt genoemd. Het resulterende product – acetyl-CoA – komt vrij in het cytosol en kan naar de mitochondriën reizen, waar het vervolgens gebruikt wordt om ATP te produceren. In zoogdiercellen voeren de mitochondriën ook β-oxidatie uit en gebruiken ze producten van het katabolisme van andere energiebronnen, zoals glucose, om ATP te produceren.
Mitochondriën zijn omgeven door een dubbel membraan: een glad buitenmembraan en een binnenmembraan met veel plooien, cristae genaamd. Binnen het binnenmembraan bevindt zich een gebied dat de matrix wordt genoemd. Tijdens cellulaire ademhaling reist pyruvaat, een afbraakproduct van glucose, van het cytoplasma naar de matrix, waar het deelneemt aan de citroenzuurcyclus. De oxidatieve fosforylering, elektronentransportketen, vindt plaats in het binnenmembraan van de mitochondriën, en draagt bij aan de productie van ATP. De cristae verhogen het oppervlaktevan het binnenmembraan, waardoor ATP geproduceerd kan worden.
Zowel peroxisomen als mitochondriën zijn zelfreplicerend. Mitochondriën bevatten bovendien ook hun eigen DNA en ribosomen, waardoor ze eiwitten zelf kunnen produceren. Mitochondriën en peroxisomen komen beide in hoge concentraties voor in cellen waar ze het meest nodig zijn. Zo hebben levercellen – die giftige stoffen uit het bloed afbreken – een hoog aantal peroxisomen en zijn spiercellen – die een grote energiebehoefte hebben – rijk aan mitochondriën.
