急:試詳細解釋呼吸作用

簡介:
呼吸作用是生物體在細胞內將有機物氧化分解併產生能量的過程，又稱細胞呼吸。

呼吸作用概述
無論是否自養，生物體細胞內完成生命活動所需的能量都是來自呼吸作用。呼吸作用的實質是酶促氧化反應，無論是否有氧氣參與，都可稱作呼吸作用，有氧氣參與的稱為有氧呼吸，可以產生較多的能量，沒有氧氣參與的被稱為無氧呼吸，一分子有機物無氧呼吸產生的能量比有氧呼吸少得多。 有氧呼吸與無氧呼吸是細胞內不同的反應，與生物體沒有直接的關係。呼吸氧氣的生物，細胞內也可以有無氧呼吸。

呼吸作用中，三大營養物質——碳水化合物、蛋白質和脂類物質的基本組成單位葡萄糖、胺基酸和脂肪酸分解成更小的分子，在這一過程中通過脫羧、脫氫等酶促反應，將能量轉移到還原性氫（化合價為+1的氫）中，最後通過呼吸鏈，氫被氧化生成水，其中的能量轉移到ATP中供生命活動使用。



以下只適用於高考程度

葡萄糖呼吸作用的具體過程
葡萄糖是生物體內基本的能量來源，葡萄糖的有氧分解是呼吸作用的典型。


糖酵解過程
這一過程中，一分子葡萄糖經過一系列反應，最終生成了兩分子的丙酮酸，以及兩分子ATP。


丙酮酸脫羧過程
在這一過程中，一分子的丙酮酸脫去一個羧基，生成一分子的二氧化碳和一分子的乙醘輔酶A。


檸檬酸循環過程
二碳的乙醘輔酶A與四碳的草醘乙酸結合，生成了六碳的檸檬酸。檸檬酸經過一系列脫羧和脫氫的酶促反應，最終仍變成四碳的草醘乙酸。草醘乙酸不被消耗，僅僅用於生成中間產物。


有氧途徑的呼吸鏈放能
經過上述的分解過程，產生的能量只是很少的一部分，還有大量能量隨著分解過程被轉移到幾種輔酶所攜帶的質子也就是還原性氫上。這些攜帶還原性氫的輔酶在細胞線粒體內膜上經過一系列被稱做電子傳遞鏈的酶，將氫經過不同的細胞色素最終傳遞給氧原子生成水分子。


呼吸鏈的實質
呼吸鏈是細胞線粒體內膜上一系列通道蛋白和酶的總稱，在某些原核細胞中，細胞以細胞質膜內褶完成類似的活動。 呼吸鏈的實質是將高能電子經過一系列受體傳遞，電位逐漸降低，最後與質子和氧原子結合生成水。電子通過線粒體內膜被傳遞的同時，導致了膜內外的電勢差，引起質子的穿膜移動，這一過程通過質膜上的通道蛋白和一個ADP磷酸化的過程耦聯，當電子被傳遞，可以導致生成ATP，這一過程被稱為氧化磷酸化。





無氧呼吸過程

無氧途徑
某些生物（某些細菌）以包括硝酸根或硫酸根之類的無機物代替氧原子作為電子受體，最後不生成水，但實質與有氧呼吸卻是一樣的。


無氧發酵
這是較常見的一般意義上的無氧呼吸，基本有下面兩種。上述有氧呼吸過程中的第一個過程是不需要氧氣參與的，無氧呼吸便是由葡萄糖分解為丙酮酸這一不需要氧氣的過程為基礎，而不具備放能較多可以釋放出還原性氫中的能量的呼吸鏈過程，所以無氧呼吸釋放的能量遠比有氧呼吸少。


酒精發酵
丙酮酸在脫羧過程後不生成乙醘輔酶A，而是生成乙醛，乙醛接受還原性氫被還原為酒精。


乳酸發酵
一些生物的呼吸過程，典型的是我們熟知的乳酸菌。在乳酸發酵中，丙酮酸直接生成乳酸，這是一個被氧化的過程，同樣可以生成很少的ATP，人體內也存在這一過程，劇烈運動時肌肉供氧不足，便會通過這一過程得到能量，生成的乳酸導致肌肉酸痛。