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内呼吸

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内呼吸分为有氧呼吸、无氧呼吸两种。有氧呼吸以分子氧为最终电子受体,无氧呼吸以无机氧化物为最终电子受体,发酵以有机物为最终电子受体。酵母酿酒、同型乳酸发酵、异型乳酸发酵等都是属于发酵的范畴,而不是无氧呼吸。无氧呼吸指的是,依然进行三羧酸循环,还原辅酶依然经过氧化呼吸链,只不过最终的电子受体不是氧气,而是无机氧化物罢了。其它过程几乎和有氧呼吸一样,并且最后产能较有氧呼吸少。简单的说,并不是没有利用分子氧的氧化就是无氧呼吸。

细胞呼吸

有氧呼吸编辑本段

概念

细胞在有氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等的有机物彻底氧化分解产生二氧化碳和水,释放能量,产生大量ATP的过程。

反应

有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖,其化学反应式可以简写成:

有氧呼吸化学反应式

场所

有氧呼吸的全过程十分复杂,可以概括地分为三个阶段,每个阶段的化学反应都有对应的酶催化。

过程

第一阶段:1个分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,产生少量[H],并且释放放出少量的能量,其余以热能散失。这一阶段不需要氧的参与,是在细胞质基质中进行的。

第二阶段:丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H],并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与,是在线粒体基质中和线粒体嵴上进行的。

第三阶段:上述两个阶段产生的[H],经过一系列的化学反应,与氧结合形成水,同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与,是在线粒体内膜上进行的。

无氧呼吸编辑本段

概念

细胞在无氧条件下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物,同时释放出少量能量的过程。

反应式

无氧呼吸化学反应式

场所

细胞质基质

过程

第一阶段:与有氧呼吸第一阶段完全相同。

第二阶段:丙酮酸在不同酶的催化作用下,分解成酒精和二氧化碳或转化成乳酸。

无氧发酵

无氧呼吸过程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。

酒精发酵

丙酮酸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。

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。

意义编辑本段

总结:内呼吸是细胞获取能量的核心代谢过程,有氧呼吸高效产能,无氧呼吸则作为缺氧条件下的补充,其产物酒精或乳酸在工业和医学中具有重要应用。

参考资料编辑本段

  • Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. Garland Science; 2014.
  • Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry. 7th ed. W.H. Freeman; 2017.
  • 王镜岩, 朱圣庚, 徐长法. 生物化学. 第4版. 高等教育出版社; 2017.
  • 翟中和, 王喜忠, 丁明孝. 细胞生物学. 第5版. 高等教育出版社; 2019.

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参考文献

[1].   朱正威,赵占良,张怡.普通高中课程标准 生物必修1.人民教育出版社.2007年.91-96
[2].   谢友涛 .SATⅡ Biology:对细胞呼吸内容的解析 [D].新课程(教研) , 2011-08-18