呼吸作用

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本文講述的是細胞內的一個化學過程。關於吸入及吐出空氣的運動，詳見「呼吸運動」。

有氧呼吸的過程可以簡單歸納如上，但實際上的過程更為複雜

呼吸作用是生物体在细胞内将有机物氧化分解並产生能量的化學过程，又称為细胞呼吸（Cell respiration）。无论是否自營，生物体细胞内完成生命活动所需的能量都是来自呼吸作用。真核細胞中，粒線體是與呼吸作用最有關聯的胞器，呼吸作用的幾個關鍵性步驟都在其中進行。

呼吸作用是一種酶促氧化反应，但雖然名為氧化反應，不論是否有氧气参与，都可称作呼吸作用（這是由於在化學上，有電子轉移的反應過程皆可被稱為氧化）。有氧气参与時的呼吸作用稱之為有氧呼吸，没有氧气参与的反應則被称为无氧呼吸。同樣多的有機化合物，進行无氧呼吸時可以产生的能量比進行有氧呼吸時要少。有氧呼吸与无氧呼吸是细胞内不同的反应，与生物体没有直接的关系。即使是呼吸氧气的生物，其细胞内也可以進行无氧呼吸。

呼吸作用的目的是透過釋放儲存在食物中的能量以製造三磷酸腺苷（ATP），即細胞最主要的直接能量供應者。呼吸作用的過程可以比擬為氫與氧的燃燒，但兩者間最大的不同是，呼吸作用透過一連串的反應步驟，一步步地使食物中的能量放出，而非像燃燒般的一次性釋放。在呼吸作用中，三大营养物质：碳水化合物、蛋白质和脂質的基本组成单位，葡萄糖、氨基酸和脂肪酸被分解成更小的分子，透過數個步驟，将能量转移到还原性氢（化合价为+1的氢）中。最後經過一連串的電子傳遞鏈，氢被氧化生成水，原本貯存在其中的能量則转移到ATP分子上，供生命活动使用。

[编辑] 呼吸作用概述

呼吸作用過程概述：以葡萄糖為反應物

[编辑] 糖酵解作用

糖酵解作用是所有生物細胞都可进行的供能反应

[编辑] 葡萄糖呼吸作用的具体过程

葡萄糖是生物体内基本的能量来源，葡萄糖的有氧分解是呼吸作用的典型。

[编辑] 糖酵解过程

这一过程中，一分子葡萄糖经过一系列反应，最终生成了两分子的丙酮酸( C₃H₄O₃)，以及两分子ATP。

[编辑] 丙酮酸脱羧过程

在这一过程中，一分子的丙酮酸(C₃H₄O₃)脱去一个羧基，生成一分子的二氧化碳和一分子的乙酰辅酶A。

[编辑] 柠檬酸循环过程

二碳的乙酰辅酶A与四碳的草酰乙酸结合，生成了六碳的柠檬酸。柠檬酸经过一系列脱羧和脱氢的酶促反应，最终仍变成四碳的草酰乙酸。草酰乙酸不被消耗，仅仅用于生成中间产物。

[编辑] 有氧途径的呼吸链放能

经过上述的分解过程，产生的能量只是很少的一部分，还有大量能量随着分解过程被转移到几种辅酶所携带的质子也就是还原性氢上。这些携带还原性氢的辅酶在细胞线粒体内膜上经过一系列被称做电子传递链的酶，将氢经过不同的细胞色素最终传递给氧原子生成水分子。

[编辑] 呼吸链的实质

呼吸链是细胞线粒体内膜上一系列通道蛋白和酶的总称，在某些原核细胞中，细胞以细胞质膜内褶完成类似的活动。 呼吸链的实质是将高能电子经过一系列受体传递，电位逐渐降低，最后与质子和氧原子结合生成水。化学渗透假说较好的解释了ATP合成：电子通过线粒体内膜被传递的同时，导致了膜内外的电势差，引起质子的穿膜移动推动ATP合成酶合成ATP，这一过程通过内膜上的通道蛋白和一个ADP磷酸化的过程耦联，当电子被传递，可以导致生成ATP，这一过程被称为氧化磷酸化。

[编辑] 无氧呼吸过程

[编辑] 无氧途径

某些生物（某些细菌）以包括硝酸根或硫酸根之类的无机物代替氧原子作为电子受体，最后不生成水，但实质与有氧呼吸却是一样的。

[编辑] 无氧发酵

这是较常见的一般意义上的无氧呼吸，基本有下面两种。上述有氧呼吸过程中的第一个过程是不需要氧气参与的，无氧呼吸便是由葡萄糖分解为丙酮酸(C₃H₄O₃)这一不需要氧气的过程为基础，而不具备放能较多可以释放出还原性氢中的能量的呼吸链过程，所以无氧呼吸释放的能量远比有氧呼吸少。

[编辑] 酒精发酵

丙酮酸(C₃H₄O₃)在脱羧过程后不生成乙酰辅酶A，而是生成乙醛，乙醛接受还原性氢被还原为酒精。

[编辑] 乳酸发酵

一些生物的呼吸过程，典型的是我们熟知的乳酸菌。在乳酸发酵中，丙酮酸直接生成乳酸，这是一个被氧化的过程，同样可以生成很少的ATP，人体内也存在这一过程，剧烈运动时肌肉供氧不足，便会通过这一过程得到能量，生成的乳酸导致肌肉酸痛。

[编辑] 其他营养物质的氧化

[编辑] 脂類的氧化

脂類物質水解生成脂肪酸和甘油。其中，甘油經磷酸基的活化和酶促反應轉化為磷酸二羥丙酮，後脫水變為丙酮酸，丙酮酸參加上述的呼吸過程。脂肪酸長鏈分子則是反覆被脫去一端的兩個碳原子生成乙醘輔酶A，參加呼吸過程。

[编辑] 氨基酸的氧化

各種氨基酸可以分別經過脫氨基或脫羧基作用被氧化，脫氨基生成的氨對細胞有毒害作用，必須被排出體外或轉化為其他無害物質。含碳部分的轉化根據氨基酸的不同而各異，但最終都是通過某些途徑成為檸檬酸循環中的物質參與循環。

可見，各種營養物質的氧化路線到最後都是相同的。生物體內的諸多能量代謝具有相當高的一致性。

[编辑] 参见

• 呼吸

[编辑] 外部鏈接

• Respiration and Fermentation (英文)