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有氧呼吸
本詞條是多義詞，共2個義項
高等動、植物進行呼吸作用
有氧呼吸是高等動、植物進行呼吸作用的主要形式，通常所說的呼吸作用就是指有氧呼吸。有氧呼吸在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中進行，且線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所。生物化學(xué)將有氧呼吸主要分為兩個階段。第一階段，是在細胞質(zhì)里進行的糖酵解:即在無氧條件下把葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸，并產(chǎn)生少量ATP和NADH。第二階段，是在線粒體進行的檸檬酸循環(huán):即在有氧條件下把丙酮酸轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，并產(chǎn)生少量的GTP和大量的NADH與FADH2。最終，糖酵解和檸檬酸循環(huán)所產(chǎn)生的NADH和FADH2進入氧化磷酸化過程，代謝產(chǎn)生大量ATP。至此完成有氧呼吸的全過程。
基本信息
| 中文名 | 有氧呼吸 |
| 外文名 | Aerobic respiration |
| 條件 | 細胞在氧氣的參與下 |
| 產(chǎn)物 | 二氧化碳、水、能量 |
| 載體 | 高等動、植物進行呼吸作用 |
| 場所 | 細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體 |
收起
階段
此處以最常見最廣泛的葡萄糖分解為例。
第一階段
有氧呼吸過程示意
反應(yīng)式：CHO酶→2CHO(丙酮酸)+4[H]+少量能量 (2ATP)（4[H]為4NADH）。
第二階段
線粒體結(jié)構(gòu)示意
第三階段
在線粒體的內(nèi)膜上，前兩階段脫下的共24個[H]與從外界吸收或葉綠體光合作用產(chǎn)生的6個O2結(jié)合成水；在此過程中釋放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，產(chǎn)生大量的能量。這一階段需要氧的參與，是在線粒體內(nèi)膜上進行的。
反應(yīng)式：24[H]+6O酶→12HO+大量能量(34ATP) （24[H]為10*2NADH和2*FADH2）。
1NADH生成2.5ATP（舊為3ATP），1FADH2生成1.5ATP（舊為2ATP）。
有氧呼吸圖解
有氧呼吸主要在線粒體內(nèi)，而無氧呼吸主要在細胞基質(zhì)內(nèi)。
有氧呼吸需要氧氣分子參加，而無氧呼吸不需要氧氣分子參加。
有氧呼吸釋放能量較多，無氧呼吸釋放能量較少。
總反應(yīng)式
CHO+6HO+6O→6CO+12HO+大量能量（最多38個ATP，一般是29-30個ATP）
過程中的能量變化
在有氧呼吸過程中，葡萄糖徹底氧化分解，1mol的葡萄糖在徹底氧分解以后，共釋放出2870kJ的能量，其中有1161kJ的能量儲存在ATP中，1709kJ以熱能形式散失。利用率為40.45%
方程式
?第一階段：糖酵解（反應(yīng)場所：細胞質(zhì)基質(zhì)）
①：1 葡萄糖+2ADP+2Pi +2[NAD] → 2丙酮酸+2[NADH+H+]+2ATP
②：2丙酮酸+2[NAD]+2輔酶A → 2乙酰CoA+2[NADH+H+]+2CO
④：28ADP+28Pi+10[NADH+H+]+2FADH2+6O2 → 28ATP+12H2O+10[NAD]+2[FAD]
細胞中的有氧呼吸和無氧呼吸示意圖
1.以上過程的方程式系數(shù)均以1分子的葡萄糖為原料。
2.關(guān)于ATP的生成數(shù)量。
1NADH → 2.5 ATP（舊數(shù)據(jù)是3ATP）；
1FADH2 → 1.5ATP（舊數(shù)據(jù)是2ATP）。
糖酵解、乙酰CoA的形成和檸檬酸循環(huán)共產(chǎn)生2個FADH2 和10個NADH，所以換算為28個ATP。
總ATP為：28+4=32。
由于糖酵解發(fā)生于線粒體外，NADH必須進入線粒體內(nèi)才能被氧化。有的細胞要利用相當(dāng)于2個ATP的能量把NADH運入線粒體內(nèi)，這樣，所產(chǎn)生的ATP總數(shù)就是30而不是32了。但是許多細胞利用的是不需要消耗能量的辦法將NADH運入線粒體內(nèi)，所以產(chǎn)生的ATP總數(shù)仍然為32。所以一分子葡萄糖產(chǎn)生的ATP總數(shù)一般為30-32。
實質(zhì)
分解有機物，釋放能量。
1mol葡萄糖在體內(nèi)徹底氧化分解所釋放的能量是2870KJ，
其中1161KJ的能量轉(zhuǎn)移到ATP中，
合成38molATP（最多38molATP，一般是29mol-30molATP），能量的轉(zhuǎn)移率是40%
內(nèi)容
產(chǎn)生二氧化碳
生物體主要通過脫羧反應(yīng)產(chǎn)生CO，即代謝物先轉(zhuǎn)變成含有羧基（-COOH）的羧酸，然后在專一的脫羧酶催化下，從羧基中脫去CO。細胞中的氧化反應(yīng)可以“脫氫”、“加氧”或“失電子”等多種方式進行，而以脫氫方式最為普遍，也最重要。
在細胞呼吸的第1階段中包括一些脫羧和氧化反應(yīng)，但在三羧酸循環(huán)中更為集中。三羧酸循環(huán)是在需氧生物中普遍存在的環(huán)狀反應(yīng)序列。循環(huán)由連續(xù)的酶促反應(yīng)組成，反應(yīng)中間物質(zhì)都是含有3個羧基的三羧酸或含有2個羧基的二羧酸，故稱三羧酸循環(huán)。因檸檬酸是環(huán)上物質(zhì)，又稱檸檬酸循環(huán)。也可用發(fā)現(xiàn)者的名字命名為克雷布斯循環(huán)。在循環(huán)開始時，一個乙酰基以乙酰-CoA的形式，與一分子四碳化合物草酰乙酸縮合成六碳三羧基化合物檸檬酸。檸檬酸然后轉(zhuǎn)變成另一個六碳三羧酸異檸檬酸。異檸檬酸脫氫并失去CO，生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。后者再脫去1個CO，產(chǎn)生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸經(jīng)過三步反應(yīng)，脫去2對氫又轉(zhuǎn)變成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可與另一分子的乙酰CoA反應(yīng)，開始另一次循環(huán)。循環(huán)每運行一周，消耗一分子乙酰基（二碳），產(chǎn)生2分子CO和4對氫。草酰乙酸參加了循環(huán)反應(yīng)，但沒有凈消耗。如果沒有其他反應(yīng)消除草酰乙酸，理論上一分子草酰乙酸可以引起無限的乙酰基進行氧化。環(huán)上的羧酸化合物都有催化作用，只要小量即可推動循環(huán)。凡能轉(zhuǎn)變成乙酰CoA或三羧酸循環(huán)上任何一種催化劑的物質(zhì)，都能參加這循環(huán)而被氧化。所以此循環(huán)是各種物質(zhì)氧化的共同機制，也是各種物質(zhì)代謝相互聯(lián)系的機制。三羧酸循環(huán)必須在有氧的情況下進行。
主要來源
有氧呼吸圖
NAD++2H(2H++2e)NADH+H+NADP++2H(2H++2e)NADPH+H+
蛋白類作用
鐵硫蛋白類的活性部位含硫及非卟啉鐵，故稱鐵硫中心。其作用是通過鐵的變價傳遞電子：Fe3++eFe2+。這類蛋白質(zhì)在線粒體內(nèi)膜上，常和黃素脫氫酶或細胞色素結(jié)合成復(fù)合物。在從NADH到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中心，有的在NADH脫氫酶中，有的和細胞色素b及c1有關(guān)。輔酶Q是一種脂溶性醌類化合物，因廣泛存在于生物界故又名泛醌。其分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地加氫還原成對苯二酚衍生物，在呼吸鏈中起中間傳遞體的作用。細胞色素是一類以鐵卟啉（與血紅素的結(jié)構(gòu)類似）為輔基的紅色或棕色蛋白質(zhì)，在呼吸鏈中依靠鐵的化合價變化而傳遞電子：Fe3++eFe2+。當(dāng)今發(fā)現(xiàn)的細胞色素有 b、c、c1、aa3等多種。這些細胞色素的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、輔基結(jié)構(gòu)及輔基與蛋白質(zhì)部分的連接方式均有差異。在典型的呼吸鏈中，其順序是b→c1→c→aa3→O2。如今當(dāng)今，還不能把a和a3分開，而且只有aa3能直接被分子氧氧化，故將a和a3寫在一起并稱之為細胞色素氧化酶。生物界各種呼吸鏈的差異主要在于組分不同，或缺少某些中間傳遞體，或中間傳遞體的成分不同。如在分枝桿菌中用維生素K代替輔酶Q；又如許多細菌沒有完整的細胞色素系統(tǒng)。呼吸鏈的組成雖然有許多差異，但其傳遞電子的順序卻基本一致。生物進化越高級，呼吸鏈就越完善。與呼吸鏈偶聯(lián)的ATP生成作用叫做氧化磷酸化。NADH呼吸鏈每傳遞1對氫原子到氧，產(chǎn)生3個ATP分子。FADH2呼吸鏈則只生成2個ATP分子。
意義
第一，有氧呼吸提供植物生命活動所需要的大部分能量。植物的生長、發(fā)育，細胞的分裂和伸長，有機物的運輸與合成，礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收和運輸?shù)冗^程都需要能量，這些能量主要是通過植物的呼吸作用提供的。植物的呼吸作用釋放能量的速度較慢，而且是逐步釋放，適于細胞利用。釋放的能量，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹У簦徊糠忠?/span>三磷酸腺苷的形式暫時貯存。
第二，有氧呼吸提供了合成新物質(zhì)的原料。呼吸過程產(chǎn)生的一系列中間產(chǎn)物，可以作為植物體內(nèi)合成各種重要化合物的原料。呼吸作用是植物體內(nèi)各種有機物相互轉(zhuǎn)化的樞紐。
第三，有氧呼吸還能促進傷口愈合，增強植物的抗病能力。
參考資料
[1]
脫羧反應(yīng) · CNKI學(xué)問[引用日期2014-12-21]
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