细胞呼吸概念图

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简介

呼吸是我们体内维持生命的重要过程之一。它是一个将食物中储存的能量转化为化学能的过程，化学能是身体的燃料来源，并为身体提供能量。细胞水平的呼吸称为细胞呼吸。细胞呼吸是一种分解代谢反应，其中大分子转化为小分子，并为维持细胞水平的活动提供能量。

什么是细胞呼吸

• 细胞呼吸涉及一系列代谢反应，其中生物化学能量以 ATP 的形式从葡萄糖中产生，然后这种能量货币被储存起来并在细胞需要能量时使用。

• 在细胞呼吸中，使用氧气。它是一个高度负电性的分子，吸引电子向自身移动，并释放储存在化学键中的能量。氧气和储存在食物中的能量（势能）发生反应，产生二氧化碳、水和能量作为副产物。这种释放的能量用于形成 ATP。

• 原核生物和真核生物都进行细胞呼吸。

• 在原核生物中，它发生在细胞质中，而在真核生物中，它发生在细胞质和线粒体中。

• 真核生物的细胞呼吸有 4 个阶段：糖酵解、丙酮酸氧化、柠檬酸循环（也称为克雷布斯循环）和氧化磷酸化，后者是由于电子传递而发生的。

• 细胞呼吸在有氧和无氧条件下均能运作。细胞呼吸本质上是一个有氧过程，因为细胞接受分子氧并释放二氧化碳作为回报。当最终电子受体是氧气时，它是需氧的；当氧气不是最终电子受体时，则称为厌氧过程。一些厌氧细菌进行厌氧呼吸。

• 厌氧呼吸有以下几种类型：

• 乳酸发酵 - 在此过程中，ATP 由六碳化合物（即葡萄糖）形成，并产生乳酸作为副产物。它发生在真核生物和一些原核生物中。在人体肌肉细胞中，它发生在剧烈运动期间，乳酸储存在我们的肌肉中，我们会感到疼痛。

• 酒精发酵 - 在此过程中，ATP 不是由糖产生的，而是产生乙醇。此过程也称为乙醇发酵。它主要参与酒精饮料的生产。

• 甲烷生成 - 在此过程中，产生甲烷，并且仅由厌氧细菌进行。例如：甲烷球菌目、产甲烷菌、甲烷热菌目等。

• 此过程对原核生物和真核生物都至关重要，因为它提供了燃料来执行各种身体功能。

细胞呼吸的概念图

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概念图的解释

细胞呼吸过程从糖酵解开始，到氧化磷酸化结束。

糖酵解

• 糖酵解涉及将一个葡萄糖分子转化为两个丙酮酸分子。

• 此过程的位置在原核生物和真核生物中相同；即细胞质。

• 参与糖酵解的酶也存在于细胞质中

• 它也被称为 Embden-Meyerhof 途径。

• 在糖酵解开始之前，葡萄糖必须被带入细胞内并被磷酸化。

• 糖酵解分为两个阶段 - 准备阶段和支付阶段。在第一阶段，ATP 用于磷酸化，而在第二阶段，它再次产生。

• 在有氧条件下进行糖酵解的净产率为 7 个 ATP，在无氧条件下的净产率为 2 个 ATP。

丙酮酸氧化

• 此过程的位置在原核生物和真核生物中有所不同。在真核生物中，线粒体基质参与其中，而在原核生物中，细胞质参与其中。

• 在此过程中，丙酮酸经历氧化形成乙酰辅酶 A，该反应是一个氧化脱羧过程。

• 丙酮酸脱氢酶复合体参与此反应。此复合体中存在三种酶：丙酮酸脱氢酶 (E1)、二氢硫辛酰胺转乙酰酶 (E2) 和二氢硫辛酰胺脱氢酶 (E3)。

• 在此过程中，会产生一个 NADH 分子。

柠檬酸循环

• 此过程的位置在原核生物和真核生物中有所不同。在真核生物中，线粒体基质参与其中，而在原核生物中，细胞质参与其中。

• 它也以其他名称而闻名 - 三羧酸循环或克雷布斯循环。

• H A Krebs 发现了克雷布斯循环。

• 克雷布斯循环的副产物是 2 摩尔二氧化碳、3 摩尔 NADH、1 摩尔 FADH2 和 1 摩尔 GTP。

氧化磷酸化

• 此过程的位置在原核生物和真核生物中也存在差异。线粒体内膜参与真核生物，而质膜参与原核生物。

• 在此过程中，能量储存在葡萄糖氧化成二氧化碳过程中释放的还原性 NADH 和 FADH 中。NADH 和 FADH 是在糖酵解和柠檬酸循环过程中产生的辅酶。

• 在此过程中，电子在存在于线粒体内膜（真核生物）和质膜（原核生物）中的电子载体的帮助下从 NADH2\FADH 传递到氧气。

• 在电子运输过程中，会产生质子梯度，它负责 ATP 的合成。化学渗透理论解释了通过产生的质子梯度形成 ATP 的整个现象。

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结论

细胞呼吸是指细胞水平的呼吸。细胞呼吸涉及各种生物化学反应，其中生物化学能量以 ATP 的形式产生，并作为执行各种身体功能的燃料。细胞呼吸涉及一系列生物化学反应，这些反应在原核生物和真核生物的不同细胞器中发生。

常见问题

Q1. 命名催化糖酵解不可逆步骤的糖酵解酶。

答：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶是糖酵解的酶。由于它们是不可逆的，因此这些酶调节糖酵解的速率。

Q2. 命名丙酮酸脱氢酶复合体的辅因子。

答：丙酮酸脱氢酶复合体的辅因子如下：

• TPP - 丙酮酸脱氢酶

• 硫辛酸和辅酶 A - 二氢硫辛酰胺转乙酰酶

• FAD 和 NAD+ - 二氢硫辛酰胺脱氢酶。

Q3. 命名柠檬酸循环的调节酶。

答：α-酮戊二酸脱氢酶、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶是柠檬酸循环的酶。由于这些酶调节柠檬酸循环的不可逆步骤，因此它们调节柠檬酸循环。

Q4. 命名四个电子传递链复合体。

答：四个电子传递链复合体包括：

• 复合体 I - NADH 脱氢酶

• 复合体 II - 琥珀酸辅酶 Q 还原酶

• 复合体 III - 辅酶 Q-细胞色素 c 还原酶

• 复合体 IV - 细胞色素 c 氧化酶。

Q5. 命名一些电子传递链抑制剂。

答：一些电子传递链抑制剂包括：

• 抗霉素 A - 抑制复合体 III 的电子传递

• 异戊巴比妥 - 抑制复合体 I 的电子传递

• 鱼藤酮 - 抑制复合体 I 的电子传递