细胞呼吸

细胞呼吸（cell respiration），是指在细胞内，氧化葡萄糖、脂肪酸等生物大分子以获取能并产生CO2的过程，也称之为生物氧化，具体表现为氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷（ATP）的生成，其根本意义在于给机体提供可利用的能量。

正文

（图）细胞呼吸

概念

细胞呼吸（cellular respiration）是指细胞在有氧条件下从食物分子（主要指葡萄糖）中区的能量的过程。糖类，脂质和蛋白质有机物在活细胞内氧化分解为CO2和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着能量的释放

分类

细胞呼吸分为发酵、有氧呼吸、无氧呼吸三种（根据最终电子受体不同的分类方式），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，而是硝酸根之类的罢了，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。

过程概述

（图）细胞呼吸

细胞呼吸的全过程可以分为四个部分：

1、糖酵解（glycolysis）；

2、丙酮酸氧化脱羧（oxidation and decarboxylation of pyruvate）；

3、柠檬酸循环（citric acid cycle）(三羧酸循环)；

4、电子传递链（chain of electron transport）。

糖酵解

糖酵解途径是指细胞在细胞质中分解葡萄糖生成丙酮酸的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。总反应为：葡萄糖+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD+ ——>2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H++2H2O

丙酮酸氧化脱羧

该过程发生在线粒体的基质中，释放出1分子CO2，生成一分子NADH+H+。丙酮酸脱氢酶。糖酵解过程释放的能量不足1/4。

三羧酸循环

在线粒体基质中进行，因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的有机酸，所以叫做三羧酸循环；有由于器中第一个生成物是柠檬酸，因此又称为柠檬酸循环。

主要事件顺序为：

（1）乙酰CoA与草酰乙酸结合，生成六碳的柠檬酸，放出CoA。柠檬酸合成酶。

（2）柠檬酸先失去一个H2O而成顺乌头酸，再结合一个H2O转化为异柠檬酸。顺乌头酸酶

（3）异柠檬酸发生脱氢、脱羧反应，生成5碳的a-酮戊二酸，放出一个CO2，生成一个NADH+H+。异柠檬酸脱氢酶

（4） a-酮戊二酸发生脱氢、脱羧反应，并和CoA结合，生成含高能硫键的4碳琥珀酰CoA，放出一个CO2，生成一个NADH+H+。酮戊二酸脱氢酶

（5）碳琥珀酰CoA脱去CoA和高能硫键，放出的能通过GTP转入ATP琥珀酰辅酶A合成酶

（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸，生成1分子FADH2，琥珀酸脱氢酶

（7）延胡索酸和水化合而成苹果酸。延胡索酸酶

（8）苹果酸氧化脱氢，生成草酸乙酸，生成1分子NADH+H+。苹果酸脱氢酶。

循环

在循环开始时，一个乙酰基以乙酰-CoA的形式，与一分子四碳化合物草酰乙酸缩合成六碳三羧基化合物柠檬酸。柠檬酸然后转变成另一个六碳三羧酸异柠檬酸。异柠檬酸脱氢并失去CO2，生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。后者再脱去1个CO2，产生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸经过三步反应，脱去2对氢又转变成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可与另一分子的乙酰CoA反应，开始另一次循环。

消耗

循环每运行一周，消耗一分子乙酰基（二碳），产生2分子CO2和4对氢。草酰乙酸参加了循环反应，但没有净消耗。如果没有其他反应消除草酰乙酸，理论上一分子草酰乙酸可以引起无限的乙酰基进行氧化。环上的羧酸化合物都有催化作用，只要小量即可推动循环。凡能转变成乙酰CoA或三羧酸循环上任何一种催化剂的物质，都能参加这循环而被氧化。所以此循环是各种物质氧化的共同机制，也是各种物质代谢相互联系的机制。三羧酸循环必须在有氧的情况下进行。环上脱下的氢进入呼吸链，最后与氧结合成水并产生ATP，这个过程是生物体内能量的主要来源。呼吸链由一系列按特定顺序排列的结合蛋白质组成。链中每个成员，从前面的成员接受氢或电子，又传递给下一个成员，最后传递给氧。在电子传递的过程中，逐步释放自由能，同时将其中大部分能量，通过氧化磷酸化作用贮存在ATP分子中。不同生物，甚至同一生物的不同组织的呼吸链都可能不同。有的呼吸链只含有一种酶，也有的呼吸链含有多种酶。但大多数呼吸链由下列成分组成，即：烟酰胺脱氢酶类、黄素蛋白类、铁硫蛋白类、辅酶Q和细胞色素类。这些结合蛋白质的辅基（或辅酶）部分，在呼吸链上不断地被氧化和还原，起着传递氢（递氢体）或电子（递电子体）的作用。其蛋白质部分，则决定酶的专一性。为简化起见，书写呼吸链时常略去其蛋白质部分。

产生类型

有氧呼吸

（图）细胞呼吸

概念：指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解释放出大量能量的过程。

第一阶段： C6 H12 O6（酶）============2C3 H4 O3  +4[H] + ATP(少量)

第二阶段：2C3 H4 O3+ 6H2O（酶）=======6CO2 + 20[H] + ATP(少量)

第三阶段：24[H]+6O2(酶)=============12H2O + ATP(大量)

有氧呼吸 场 所    反应物           产 物               释能

第一阶段 细胞质基    C6H12O6         丙酮酸，[H]，ATP  少量

第二阶段 线粒体    丙酮酸，水 CO2， [H]，ATP           少量

第三阶段 线粒体   [H]，O2          水，ATP             大量

总反应式：

C6H12O6 + 6H2O + 6O2(酶)========6 CO2 + 12H2O + 能量

无氧呼吸

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.

场所：细胞质基质

过程：

第一阶段：与有氧呼吸第一阶段相同。

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乳酸。

方程式： C6H12O6 (酶)========2C2H5OH（酒精）+2 CO2 + 能量

代表生物：大多数植物

C6H12O6(酶)========2C3H6O3（乳酸）+ 能量

代表生物：动物和高等植物的某些器官如马铃薯块茎，甜菜块根，玉米胚等。

特点及意义

细胞呼吸的特点：

有机物在酶的催化下，在温和的条件下氧化分解，能量逐步释放出来，没有出现剧烈的发光，发热现象。

细胞呼吸的本质：

氧化分解有机物释放能量。

细胞呼吸的意义

为生物体的生命活动提供能量；为体内的其他化合物的合成提供原料。