细胞呼吸-定义，方程，类型，步骤，产物

表的内容

细胞呼吸的定义

细胞呼吸是一种代谢过程，包括将化学能(糖)在细胞内转化为可用形式的能量(ATP)的一系列步骤。

参与细胞呼吸作用的反应是分解代谢反应，它将较大的有机分子分解成较小的形式。
细胞呼吸的整个过程发生在一些专门降解特定分子的步骤中。
细胞呼吸是所有生命形式的基础。在大多数多细胞生物中，细胞呼吸是以有氧呼吸的形式发生的。
细胞呼吸的过程包括高能键的分解，高能键以ATP的形式释放能量。
从技术上讲，细胞呼吸是一种燃烧反应，但细胞内的这一过程以一种缓慢的、可控的方式发生，通过一系列反应释放能量。
细胞呼吸中的大多数反应是在分子氧等强氧化剂存在下的氧化还原反应。
在细胞呼吸过程中产生的化学能以ATP的形式储存，ATP在生物合成、运动和运动过程中通过断开第三个磷酸基的连接释放能量主动运输的分子。
细胞呼吸过程涉及不同的生物分子和结构。
同样，一组不同的酶催化细胞呼吸的不同步骤，所有这些都在细胞内发现。

图片来源:RegisFrey．

ATP是什么?

三磷酸腺苷(ATP)是一种无机化合物，通过捕获化学反应产生的能量作为能量携带分子。
ATP是由三个主要结构单元组成的核苷酸分子;含氮碱基，腺嘌呤，糖单位，核糖和三个磷酸基结合在核糖主干上。
ATP不像碳水化合物和蛋白质那样作为能量的存储单元，而是在消耗能量的活动中充当释放能量的穿梭器。
ATP释放能量是由于磷酸键分解形成ADP或AMP分子的结果。
细胞内的ATP大部分是在线粒体中合成的，线粒体被认为是细胞的动力源，而一些ATP可能是在细胞质中产生的。

是什么NAD吗?

烟酰胺腺嘌呤二磷酸(NAD)是一种辅酶，在细胞呼吸中起着中心作用，因为它作为一种电子运输手段。
该分子由两个核苷酸单元组成，其中一个包含腺嘌呤作为碱基，另一个包含烟酰胺单元。此外，两个磷酸基连在核苷酸单位上。
根据氧化态的不同，NAD以两种不同的形式存在+为氧化态，NADH为还原态。
NAD参与氧化还原反应，它通过接受电子而还原，并通过将这些电子提供给其他分子而氧化。
它是由更小的氨基酸单位如色氨酸和天冬氨酸在体内合成的。

是什么时尚吗?

黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)是一种代谢辅酶，作为电子载体参与体内各种酶促反应。
FAD的结构与NAD相似，有两个核苷酸单元，其中一个由腺嘌呤作为氮基组成，而另一个由黄素单元组成。
FAD是由核黄素和两个ATP分子在体内合成的。核黄素被ATP磷酸化导致FMN的形成。AMP单位从ATP转移导致FAD的形成。
在细胞呼吸过程中，FAD以两种氧化态存在;FADH和FADH₂．
由于FAD分子具有多种氧化态，因此参与了电子从一个分子到另一个分子的转移。

细胞呼吸的位置

细胞呼吸，顾名思义，发生在单个细胞中，为特定细胞产生能量。
在真核细胞中，这个过程开始于细胞质．细胞呼吸的第一步，糖酵解，在细胞质中发生，因为糖酵解所需的酶存在于细胞质中。
糖酵解步骤的最终结果被运输到线粒体细胞呼吸的其余步骤发生在这里。
下一步，就像三羧酸循环而且氧化磷酸化，发生在线粒体的内外膜。
然而，在原核细胞中，细胞呼吸的所有步骤都发生在细胞质中，因为它们没有定义细胞的细胞器．

细胞呼吸的方程

不同类型的细胞呼吸所涉及的步骤和反应可能是不同的。

有氧呼吸方程

在有氧呼吸中，一个葡萄糖分子与一个氧分子和ADP结合形成二氧化碳、水和能量。有氧呼吸是细胞呼吸最有效的途径，产生最多的atp。
有氧呼吸的总方程式是:

C6H12O6+ 6 o2+ 36ADP + 36Pi→6CO2+ 6 h2O + 36 atp

无氧呼吸方程

在无氧呼吸中，所涉及的方程式取决于所利用的途径。无氧途径比有氧呼吸效率低，因为它们产生的atp较少。
在酒精发酵过程中，一个葡萄糖分子降解为乙醇、二氧化碳和能量。这个过程发生在缺氧的情况下。
无氧呼吸的总方程式为:

C6H12O6+ 2ADP + 2Pi→2C2H5哦+ 2有限公司2+ 2 atp

在乳酸发酵过程中，一分子葡萄糖被降解为乳酸和能量。这种呼吸作用在没有氧气的情况下也会发生。

C6H12O6+ 2ADP + 2Pi→2C3.H6O3.+ 2 atp

细胞呼吸的类型

1.有氧呼吸

有氧呼吸是一种细胞呼吸，包括在氧气存在的情况下分解复杂的高能分子，以ATP的形式产生能量。
有氧呼吸导致碳水化合物的完全氧化，以产生最大数量的能量。
有氧呼吸是最有效的细胞呼吸类型，发生在大多数真核生物和一些原核生物。
有氧呼吸中的氧分子，作为最终的电子受体，导致ATP的有效产生。
有氧呼吸比无氧呼吸效率高，因为氧分子中的双键有助于ATP的产生。
有氧呼吸是一个更长的过程，涉及氧气和二氧化碳气体的交换。
好氧呼吸不同于无氧呼吸，在糖酵解结束时形成的丙酮酸进入克雷伯循环进行进一步降解。
在ADP分子中加入磷酸基后，有氧呼吸的最终产物是二氧化碳、水和ATP。
此外，其他富含能量的分子，如NADH和FADH2也在有氧呼吸过程中产生，有氧呼吸通过电子传递链产生ATP。
理论上，有氧呼吸结束时需要形成36个atp;然而，由于膜的泄漏，一些能量损失了。

2.无氧呼吸

无氧呼吸是一种细胞呼吸，发生在原核生物中无氧产生酸或醇作为最终产品。
在无氧呼吸中，其他分子或离子，如硫酸盐或硝酸盐，作为最后的电子受体，取代氧气。
无氧呼吸的副产物取决于不同形式的无氧呼吸。
根据电子受体和副产物的不同，厌氧呼吸或发酵有不同的类型。
酒精发酵包括碳水化合物的分解产生酒精和二氧化碳作为副产品。
乳酸发酵是乳酸菌在缺氧条件下将碳水化合物发酵形成乳酸的过程。
产甲烷是一种独特的厌氧呼吸，其副产物是甲烷和二氧化碳。
无氧呼吸在生活在深海表面等低氧环境中的原核生物中更为常见。
无氧呼吸比好氧呼吸效率低，因为无氧呼吸中的最终电子受体比氧分子具有更小的还原电位。
然而，厌氧呼吸对于硫、碳和氮等元素的生物地球化学循环很重要。
厌氧呼吸过程发生在细胞的细胞质中，因为该过程所需的酶存在于细胞质中。

读也:有氧和无氧呼吸的区别

细胞呼吸的步骤

1.糖酵解

糖酵解是细胞呼吸的第一步，葡萄糖分子经过10个步骤分解形成丙酮酸。
糖酵解是糖代谢的第一步，是有氧和无氧呼吸的共同途径。
糖酵解反应的总体顺序可能因不同物种的调控和丙酮酸的命运而不同。
在糖酵解过程中，像葡萄糖这样的六碳化合物分解成两个三碳化合物(丙酮酸)，释放出2分子ATP。
在有氧呼吸中，糖酵解是柠檬酸循环和电子传递链的前奏，这两个循环负责大多数atp的产生。
糖酵解的产物可以通过三种不同的途径之一进行，这取决于氧气的可用性和代谢活动。

糖酵解过程总结如下:

C6H12O6+ 2ADP + 2Pi + 2NAD⁺→2摄氏度3.H4O3.+ 2 h2O + 2atp + 2nadh + 2h⁺

用话说，这个方程可以写成:

葡萄糖+ ADP + Pi + NAD→丙酮酸+水+ ATP + NADH +氢离子

阅读更多:糖酵解-定义，方程，酶，10步配图

2.丙酮酸氧化

丙酮酸的氧化是有氧呼吸发生的第二步，代表丙酮酸分子的三种可能的命运之一。
丙酮酸分子是糖酵解的最终产物，糖酵解是有氧和无氧呼吸的常见途径。
丙酮酸的命运取决于氧气的可用性和代谢条件。
丙酮酸分子从细胞质移动到线粒体后，在氧气存在的情况下发生氧化。
糖酵解得到的丙酮酸脱氢生成乙酰辅酶a和CO2丙酮酸脱氢酶复合体。这种酶存在于真核生物的线粒体基质和原核生物的细胞质中。
丙酮酸氧化在有氧呼吸过程中充当糖酵解和柠檬酸循环之间的纽带。
在丙酮酸氧化过程中，总共形成3个atp(在NADH进入电子传递链后)。

丙酮酸氧化的整体反应可以总结为:

丙酮酸辅酶A + NAD→乙酰辅酶A + NADH

3.三羧酸循环

柠檬酸循环或克雷伯循环是乙酰辅酶a完全氧化释放二氧化碳和水分子的过程。
它是能量丰富分子有氧代谢最普遍的途径。
循环的反应向电子传递链提供电子，在生成ATP的同时减少氧气。
这个循环不仅对碳水化合物代谢很重要，对其他生物分子如氨基酸和脂肪酸也很重要。
这个循环只有在氧存在的情况下才会发生，因为像NAD+和FAD这样能量丰富的分子可以通过电子转移到分子氧中来从它们的还原形式中回收ATP。
柠檬酸循环有两个主要目的，包括处理碳原子和氢原子，以及将潜在的化学能以ATP的形式转化为代谢能。
在一个乙酰辅酶A分子的完全氧化过程中，总共形成了12个atp。
在12个ATP分子中，只有一个ATP分子直接由循环产生;其余的是高能分子进入电子传递链后产生的。

柠檬酸循环的整体反应可以总结为:

CH3.CO-SCoA nad + 3⁺+ FAD + GDP + Pi + 2H2O→2有限公司2+ CoA-SH+ 3NADH + FADH2+ GTP + 2h⁺

阅读更多:克雷布斯循环/柠檬酸循环/三羧酸循环的步骤和图表

4.氧化磷酸化

氧化磷酸化或有氧呼吸最后一步的电子传递链，由一系列氧化还原反应合成ATP分子。
在这个过程中，柠檬酸循环产生的电子从有机化合物转移到氧气中，同时以ATP的形式释放能量。
电子的运输发生在线粒体内膜中存在的四个大型蛋白质复合体之间。
该链由一系列具有紧密结合的假体基团的蛋白质组成，这些假体基团凭借其多重氧化态能够接受和提供电子。
在氧化磷酸化过程中合成的ATP的数量取决于传递电子的能量丰富的分子。例如，NADH产生3mol ATP，而FADH产生2mol ATP。
氧化磷酸化对所有生物分子的代谢都是必要的，因为所有的代谢反应都在这个阶段聚合。
在电子通过链的运输过程中，有不同的化学基团充当电子载体。此外，还有四种重要的酶复合体催化转移。

电子传递链中的反应总结如下:

NADH + 1/2O2+ H⁺+ ADP + Pi→NAD⁺+ atp + h2O

阅读更多:氧化磷酸化

发酵是什么?

1.乳酸发酵

乳酸发酵是一种发酵(无氧呼吸)，在发酵过程中，葡萄糖等复杂有机化合物被转化为乳酸，同时释放一定量的细胞能量。
乳酸发酵始于糖酵解，将一分子葡萄糖分解成两摩尔丙酮酸。
在氧气存在的情况下，形成的丙酮酸经过丙酮酸氧化形成二氧化碳。
但在无氧或氧气有限的情况下，由此形成的丙酮酸会经历不同形式的发酵。
乳酸发酵发生在一些生活在低氧环境中的厌氧生物或运动时的肌肉细胞中。
参与乳酸发酵的酶是乳酸脱氢酶，它催化丙酮酸转化为乳酸，同时NADH氧化为NAD+．
河畔的+形成的乳酸发酵通过电子传递链产生2atp。
肌肉细胞乳酸发酵过程中产生的乳酸在肌肉中积累。然后，乳酸被传递到肝脏，在那里它被转化为丙酮酸，以便在有氧呼吸过程中被利用。
除了作为一种代谢途径，乳酸发酵也被认为是一种理想的加工和保存蔬菜的方法，因为这种方法成本低，产生高度接受和多样化的风味。
乳酸发酵菌在工业上很重要，因为它们涉及酸奶、奶酪和其他乳制品的生产。

2.酒精发酵

无氧呼吸的下一个常见途径是酒精发酵，其中碳水化合物分子被部分氧化形成酒精作为副产品。
在酒精发酵过程中丙酮酸转化为乙醇有两个步骤，一个是氧化反应，另一个是还原反应。
有氧呼吸和乳酸发酵中酒精发酵的初始步骤是相同的。酒精发酵的底物，像乳酸发酵一样，是丙酮酸。
第一步，糖酵解产生的丙酮酸分子在丙酮酸脱羧酶的催化作用下脱羧生成乙醛。
在乙醇脱氢酶的存在下，乙醛被NADH还原为乙醇。
NADH被氧化形成NAD+它通过电子传递链产生ATP。
酒精发酵的最终产物是乙醇和二氧化碳。
从碳水化合物中生产酒精对啤酒和葡萄酒等酒精饮料的生产具有重要的工业意义。
酒精发酵是酵母和其他微生物的细胞呼吸方式。
然而，大量的酒精积累可能对一些微生物有害。

甲烷生成是什么?

产甲烷是厌氧呼吸的一种独特形式，包括碳水化合物分子分解为甲烷和二氧化碳作为副产品。
大多数通过产甲烷进行呼吸的生物都属于太古菌领域，并与厌氧菌密切生活在一起。
产甲烷是生物体重要的代谢过程，是生物质分解的最后一步。
这是一个厌氧过程，甲烷生成的末端电子受体是一种碳化合物。产甲烷过程中常见的电子受体是醋酸或二氧化碳。
除了有助于分解大型复杂有机分子外，产甲烷作用对有机质的衰变也很重要。
在生物分解的高级阶段，除二氧化碳外的所有其他电子受体都被耗尽。在这种情况下，剩下的有机物被甲烷作用降解，二氧化碳充当电子受体。
产甲烷也由反刍动物消化道中的一些共生细菌完成。这使得有机物质得以消化，否则不会被牛降解。

细胞呼吸的产物

1.三磷酸腺苷

细胞呼吸最重要的产物是ATP或能量。
atp是一种载体分子，它以磷酸键的形式储存能量，在需要时磷酸键断裂后释放出来。
ATP释放能量后转化为ADP。ADP分子再次获得能量形成ATP分子。
这种分子连续断裂并形成磷酸键的能力使得一个ATP分子可以多次被用来将能量从一个地方传输到另一个地方。
细胞呼吸的效率是由这个过程结束时产生的ATP分子的数量决定的。
在有氧呼吸过程中，总共有36个atp在这个过程结束时形成。在无氧呼吸的情况下，这个数字相当低。

2.二氧化碳

二氧化碳是所有细胞呼吸作用的普遍产物。它被认为是一种废物，因此，通过某种方式从细胞中去除。
细胞中大量二氧化碳的存在可能引起毒性，因为它增加了细胞质的pH值。
在有水存在的情况下，二氧化碳可能会形成碳酸，这对某些细胞可能是有毒的。
从细胞中释放二氧化碳主要是一个活跃的过程，需要一定的能量。

3.其他产品

除了ATP和二氧化碳，其他产物也在细胞呼吸过程中形成，这取决于细胞呼吸的类型。
在发酵或厌氧呼吸的情况下，常见的产物包括醋酸、乙醇、甲烷、乳酸、丙酸等。
水分子也是在有氧呼吸过程中被氧分子捕获电子后形成的。

细胞呼吸作用的目的

细胞呼吸最重要的目的是生产细胞内不同目的所需的能量。
细胞呼吸的末端和中间产物可用于体内各种生物分子的生物合成。
细胞呼吸也是碳循环的重要组成部分，碳循环是一种自然的废物管理系统。
参与细胞呼吸的步骤对其他生物分子如氨基酸和脂肪酸的代谢也很重要。
此外，细胞呼吸的其他产物有不同的工业应用。
无氧呼吸过程，如酒精发酵和乳酸发酵是重要的工业生产各种商业产品。

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