細胞呼吸

細胞呼吸（cellular respiration）是指細胞在有氧條件下從食物分子（主要指葡萄糖）中區的能量的過程。糖類，脂質和蛋白質有機物在活細胞內氧化分解為CO2和水或分解為不徹底的氧化產物，且伴隨著能量的釋放

細胞呼吸分為發酵、有氧呼吸、無氧呼吸三種（根據最終電子受體不同的分類方式），酵母釀酒、同型乳酸發酵、異型乳酸發酵等都是屬於發酵的範疇，而不是無氧呼吸。無氧呼吸指的是，依然進行三羧酸循環，還原輔酶依然經過氧化呼吸鏈，只不過最終的電子受體不是氧氣，而是硝酸根之類的罷了，其它過程幾乎和有氧呼吸一樣，並且最後產能較有氧呼吸少。簡單的說，並不是沒有利用分子氧的氧化就是無氧呼吸。

細胞呼吸的全過程可以分為四個部分：

1、糖酵解（glycolysis）；

2、丙酮酸氧化脫羧（oxidation and decarboxylation of pyruvate）；

3、檸檬酸循環（citric acid cycle）(三羧酸循環)；

4、電子傳遞鏈（chain of electron transport）。

糖酵解

糖酵解途徑是指細胞在細胞質中分解葡萄糖生成丙酮酸的過程，此過程中伴有少量ATP的生成。總反應為：葡萄糖+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD+ ——>2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H++2H2O

丙酮酸氧化脫羧

該過程發生在線粒體的基質中，釋放出1分子CO2，生成一分子NADH+H+。丙酮酸脫氫酶。糖酵解過程釋放的能量不足1/4。

三羧酸循環

在線粒體基質中進行，因為在這個循環中幾個主要的中間代謝物是含有三個羧基的有機酸，所以叫做三羧酸循環；有由於器中第一個生成物是檸檬酸，因此又稱為檸檬酸循環。

主要事件順序為：

（1）乙醯CoA與草醯乙酸結合，生成六碳的檸檬酸，放出CoA。檸檬酸合成酶。

（2）檸檬酸先失去一個H2O而成順烏頭酸，再結合一個H2O轉化為異檸檬酸。順烏頭酸酶

（3）異檸檬酸發生脫氫、脫羧反應，生成5碳的a-酮戊二酸，放出一個CO2，生成一個NADH+H+。異檸檬酸脫氫酶

（4） a-酮戊二酸發生脫氫、脫羧反應，並和CoA結合，生成含高能硫鍵的4碳琥珀醯CoA，放出一個CO2，生成一個NADH+H+。酮戊二酸脫氫酶

（5）碳琥珀醯CoA脫去CoA和高能硫鍵，放出的能通過GTP轉入ATP琥珀醯輔酶A合成酶

（6）琥珀酸脫氫生成延胡索酸，生成1分子FADH2，琥珀酸脫氫酶

（7）延胡索酸和水化合而成蘋果酸。延胡索酸酶

（8）蘋果酸氧化脫氫，生成草酸乙酸，生成1分子NADH+H+。蘋果酸脫氫酶。

在循環開始時，一個乙醯基以乙醯-CoA的形式，與一分子四碳化合物草醯乙酸縮合成六碳三羧基化合物檸檬酸。檸檬酸然後轉變成另一個六碳三羧酸異檸檬酸。異檸檬酸脫氫並失去CO2，生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。後者再脫去1個CO2，產生四碳二羧酸琥珀酸。最後琥珀酸經過三步反應，脫去2對氫又轉變成草醯乙酸。再生的草醯乙酸可與另一分子的乙醯CoA反應，開始另一次循環。

循環每運行一周，消耗一分子乙醯基（二碳），產生2分子CO2和4對氫。草醯乙酸參加了循環反應，但沒有凈消耗。如果沒有其他反應消除草醯乙酸，理論上一分子草醯乙酸可以引起無限的乙醯基進行氧化。環上的羧酸化合物都有催化作用，只要小量即可推動循環。凡能轉變成乙醯CoA或三羧酸循環上任何一種催化劑的物質，都能參加這循環而被氧化。所以此循環是各種物質氧化的共同機制，也是各種物質代謝相互聯繫的機制。三羧酸循環必須在有氧的情況下進行。環上脫下的氫進入呼吸鏈，最後與氧結合成水併產生ATP，這個過程是生物體內能量的主要來源。呼吸鏈由一系列按特定順序排列的結合蛋白質組成。鏈中每個成員，從前面的成員接受氫或電子，又傳遞給下一個成員，最後傳遞給氧。在電子傳遞的過程中，逐步釋放自由能，同時將其中大部分能量，通過氧化磷酸化作用貯存在ATP分子中。不同生物，甚至同一生物的不同組織的呼吸鏈都可能不同。有的呼吸鏈只含有一種酶，也有的呼吸鏈含有多種酶。但大多數呼吸鏈由下列成分組成，即：煙醯胺脫氫酶類、黃素蛋白類、鐵硫蛋白類、輔酶Q和細胞色素類。這些結合蛋白質的輔基（或輔酶）部分，在呼吸鏈上不斷地被氧化和還原，起著傳遞氫（遞氫體）或電子（遞電子體）的作用。其蛋白質部分，則決定酶的專一性。為簡化起見，書寫呼吸鏈時常略去其蛋白質部分。

有氧呼吸

概念：指細胞在氧的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解釋放出大量能量的過程。

第一階段： C6 H12 O6（酶）============2C3 H4 O3 +4[H] + ATP(少量)

第二階段：2C3 H4 O3+ 6H2O（酶）=======6CO2 + 20[H] + ATP(少量)

第三階段：24[H]+6O2(酶)=============12H2O + ATP(大量)

有氧呼吸 場 所 反應物 產 物 釋能

第一階段 細胞質基 C6H12O6 丙酮酸，[H]，ATP 少量

第二階段 線粒體 丙酮酸，水 CO2， [H]，ATP 少量

第三階段 線粒體 [H]，O2 水，ATP 大量

總反應式：

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

無氧呼吸

概念：細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程.

場所：細胞質基質

過程：

第一階段：與有氧呼吸第一階段相同。

第二階段：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：大多數植物

C6H12O6(酶)========2C3H6O3（乳酸）+ 能量

代表生物：動物和高等植物的某些器官如馬鈴薯塊莖，甜菜塊根，玉米胚等。

細胞呼吸的特點：

有機物在酶的催化下，在溫和的條件下氧化分解，能量逐步釋放出來，沒有出現劇烈的發光，發熱現象。

細胞呼吸的本質：

氧化分解有機物釋放能量。

細胞呼吸的意義

為生物體的生命活動提供能量；為體內的其他化合物的合成提供原料。