细胞呼吸

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(图)细胞呼吸细胞呼吸

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。

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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。

细胞呼吸 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。

细胞呼吸 过程概述

       
(图)细胞呼吸细胞呼吸过程图

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。

细胞呼吸 产生类型

       

有氧呼吸      

(图)细胞呼吸细胞呼吸实验

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。

细胞呼吸 特点及意义

       

细胞呼吸的特点:
有机物在的催化下,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。

细胞呼吸 参考资料

       

[1] 知道 http://zhidao.baidu.com/question/71484869.html

[2] 陈阅增,《普通生物学》第二版,高等教育出版社 48版

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