傅胖中的小窩
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有氧呼吸
1.
生物體需要能量時,可經由呼吸作用將單醣、胺基酸或脂肪酸等小分子分解成
CO2
與
H2O
,並轉移釋出的能量至
ATP
。細胞的呼吸作用包含一系列的氧化還原反應,在電子傳遞過程中,最終的電子接受者為
O2
的稱為有氧呼吸,若為其他無機物(如
S
、
NO3
-
、
SO42
-
等)的稱為無氧呼吸,呼吸作用的最終產物均為無機物。
2.
細胞的有氧呼吸可分兩個階段,第一階段為糖解作用(
glycolysis
),第二階段包括乙醯輔酶
A
的形成、克氏循環(
Krebs cycle
)與氧化磷酸化。食物或養分經有氧呼吸所得到的能量較多,對地球上生命的演化十分重要。
3.
以葡萄糖為例,當葡萄糖所含的能量同時全部釋出時,大部分能量會轉變成熱能,細胞不僅無法利用且產生的高溫也將使細胞受損。因此,細胞藉由呼吸作用將葡萄糖所釋出的能量,儲存於
ATP
的「高能鍵」中,當需要能量時,再由此鍵結釋出以供利用。
4.
糖解作用於細胞質液中進行,是有氧呼吸的第一階段,不需
O2
的參與。糖解作用中,
1
分子葡萄糖分解為
2
分子丙酮酸(圖
1
-
44
)。在有氧情況下,丙酮酸可進一步轉變成
CO2
與
H2O
;在氧氣供應不足的情況下,丙酮酸則轉變成乳酸或乙醇。糖解作用可依能量的消耗投資或生成回收可分為兩階段,第一階段是消耗能量的投資階段,可將
1
分子葡萄糖轉變為
2
分子甘油醛磷酸,此階段每代謝
1
分子葡萄糖需消耗
2
分子
ATP
。第二階段是生成能量的回收階段,可將
1
分子甘油醛磷酸轉變為
1
分子丙酮酸,並生成
2
分子
ATP
與
1
分子
NADH
。
5.
有氧呼吸的第二階段於粒線體中進行,需要
O2
的參與。粒線體具有內膜與外膜構造,外膜含有和運輸及代謝脂質有關的蛋白質,內膜則含有和電子傳遞及
ATP
合成有關的蛋白質,是進行氧化磷酸化的部位,通常會重複褶皺以增加表面積,內膜所包圍的區域稱為基質,基質含有克氏循環、代謝胺基酸與脂肪酸的酵素及各種中間代謝物。
6.
克氏循環是醣類、脂肪與蛋白質的共同代謝途徑,於粒線體的基質中進行,因循環中有多種中間產物具有三個羧基,又稱三羧酸循環(
tricarboxylic acid cycle
),而因第
1
個中間產物為檸檬酸也稱檸檬酸循環(
citric acid cycle
)。在有氧情況下,糖解作用生成的丙酮酸進入粒線體生成乙醯輔酶
A
(
acetyl-CoA
)後,再進入克氏循環進行氧化作用生成
CO2
與
H2O
(圖
1
-
45
),過程中釋出的能量以
ATP
、
NADH
及
FADH2
的形式攜帶。最後,克氏循環產生的
NADH
及
FADH2
進入內膜上的電子傳遞鏈,電子傳遞的過程可釋出能量用於生成
ATP
,而電子最終為
O2
接受而生成
H2O
。有氧呼吸所生成的
ATP
,大部分是來自
NADH
及
FADH2
進入電子傳遞鏈氧化所產生。