呼吸作用:基本資料,過程,意義,呼吸類型,有氧呼吸,無氧呼吸,區別,意義,呼吸作用-九游会j9

總述

生物的生命活動都需要消耗能量，這些能量來自生物體內糖類、脂類和蛋白質等有機物的。生物體內有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳、水或其他產物，並且釋放出能量的總過程，叫做呼吸作用（又叫）。

呼吸作用示意圖

呼吸作用，是生物體細胞把有機物氧化分解並產生能量的化學過程，又稱為細胞呼吸（cellular respiration）。無論是否，細胞內完成生命活動所需的能量，都是來自呼吸作用。細胞中，是與呼吸作用最有關聯的胞器，呼吸作用的幾個關鍵性步驟都在其中進行。

呼吸作用是一種酶促氧化反應。雖名為，不論有無氧氣參與，都可稱作呼吸作用（這是因為在化學上，有電子轉移的，皆可稱為氧化還原反應）。有氧氣參與時的呼吸作用，稱之為有氧呼吸；沒氧氣參與的反應，則稱為無氧呼吸。

同樣多的有機化合物，進行無氧呼吸時，其產生的能量，比進行有氧呼吸時要少。有氧呼吸與無氧呼吸是細胞內不同的反應，與生物體沒直接關係。即使是呼吸氧氣的生物，其細胞內，也可以進行無氧呼吸。

呼吸作用的目的，是通過釋放食物里的能量，以製造（atp），即細胞最主要的直接能量供應者。呼吸作用的過程，可以比擬為與的燃燒，但兩者間最大分別是：呼吸作用透過一連串的反應步驟，一步步使食物中的能量放出，而非像燃燒般的一次性釋放。在呼吸作用中，：碳水化合物、蛋白質和的基本組成單位──葡萄糖、胺基酸和脂肪酸，被分解成更小的分子，透過數個步驟，將到氫（[h])（為-1的氫）中。最後經過一連串的，氫被氧化生成；原本貯存在其中的能量，則轉移到atp分子上，供生命活動使用。

植物的呼吸作用主要在細胞的線粒體中進行。有氧呼吸的全過程，可以分為三個階段：第一個階段（稱為），一個分子的葡萄糖分解成兩個分子的，在分解的過程中產生少量的（用[h]表示），同時釋放出少量的能量。這個階段是在中進行的；第二個階段（稱為三羧酸循環或），丙酮酸經過一系列的反應，分解成二氧化碳和氫，同時釋放出少量的能量。這個階段是在基質中進行的；第三個階段（），前兩個階段產生的氫，經過一系列的反應，與氧結合而形成水，同時釋放出大量的能量。這個階段是在中進行的。以上三個階段中的各個是由不同的酶來催化的。在生物體內，1mol的葡萄糖在徹底氧化分解以後，共釋放出大約2694.7kj的能量，其中有916.2kj左右的能量儲存在atp中（30個atp，1mol atp儲存30.54kj能量），其餘的能量都以熱能的形式散失了(呼吸作用產生的能量僅有34%轉化為atp）。

植物的呼吸作用

生物進行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。那么，生物在無氧條件下能不能進行呼吸作用呢？科學家通過研究發現，生物體內的細胞在無氧條件下能夠進行另一類型的呼吸作用——。

蘋果儲藏久了，為什麼會有酒味？高等植物在水淹的情況下，可以進行短時間的無氧呼吸，將葡萄糖分解為和二氧化碳，並且釋放出少量的能量，以適應缺氧的環境條件。高等動物和人體在劇烈運動時，儘管和血液循環都大大加強了，但是仍然不能滿足對氧的需要，這時骨骼肌內就會出現無氧呼吸。高等動物和人體的無氧呼吸產生乳酸。此外，還有一些高等植物的某些器官在進行無氧呼吸時也可以產生乳酸，如馬鈴薯塊莖、塊根等。

植物有氧呼吸過程中，中間產物丙酮酸必須進入線粒體才能被分解成co2

在遠古時期，地球的大氣中沒有，那時的微生物適應在無氧的條件下生活，所以這些微生物(專性厭氧微生物）體內缺乏氧化酶類，至今仍只能在無氧的條件下生活。隨著地球上的出現，大氣中出現了氧氣，於是也出現了體內具有有氧呼吸的好氧微生物。可見，有氧呼吸是在的基礎上發展而成的。儘管現今生物體的呼吸形式主要是有氧呼吸，但仍保留有無氧呼吸的能力。由上述分析可以看出，無氧呼吸和有氧呼吸有明顯的不同。

呼吸作用

產生乳酸的主要有、玉米的胚、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根和骨骼肌，這就是為什麼劇烈運動後腿會發酸。而產生酒精酒精最主要的是酵母菌、根霉、麴黴。特別的是是兼性呼吸。

對生物體來說，呼吸作用具有非常重要的生理意義。

作用過程：有機物 氧→二氧化碳 水 能量

有氧呼吸反應式：（一般為葡萄糖）葡萄糖 6h2o 6o2酶能量

無氧呼吸反應式：酶能量（少量）

酶能量（少量)

生物的呼吸作用包括和兩種類型。

呼吸作用圖解

生物進行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過酶的，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量能量的過程。有氧呼吸是高等動物和植物進行呼吸作用的主要形式，因此，通常所說的呼吸作用就是指有氧呼吸。細胞進行有氧呼吸的主要場所是線粒體。一般說來，葡萄糖是細胞進行有氧呼吸時最常利用的物質。

有氧呼吸的全過程，可以分為三個階段：第一個階段，一個分子的葡萄糖分解成兩個分子的，在分解的過程中產生少量的還原氫（用[h]表示），同時釋放出少量的能量，這個階段是在細胞質基質中進行的；第二個階段，第一階段產生的丙酮酸在酶的催化作用下與水結合，產生二氧化碳和大量還原氫，這個階段是線上粒體基質中進行的；第三個階段，前兩個階段產生的氫，經過一系列的反應，在酶的催化下與氧結合而形成水，同時釋放出大量的能量，這個階段是線上粒體內膜上進行的。以上三個階段中的各個化學反應是由不同的酶來催化的。在mol的葡萄糖在徹底氧化分解以後，共釋放出約2870kj的能量，其中有1161kj左右的能量儲存在atp中，其餘的能量都以熱能的形式散失了。

有氧呼吸過程中能量變化

在有氧呼吸過程中，葡萄糖徹底氧化分解，1mol的葡萄糖在徹底氧化分解以後，共釋放出約2870kj的能量，其中有1161kj的能量儲存在atp中，其餘的能量都以熱能的形式散失了。

第一階段 c6h12o6酶→細胞質基質=2丙酮酸 4[h] 能量（2atp）【大學裡4[h]是2個nadh和2個h 】

第二階段 2丙酮酸 6h₂o酶→線粒體基質=6co₂ 20[h] 能量（2atp）

第三階段 24[h] 6o₂酶→線粒體內膜=12h₂o 能量（34atp）

總反應式 c6h12o6 6h₂o 6o₂酶→6co₂ 12h₂o 大量能量（38atp）

有氧呼吸詳細內容

有氧呼吸

指物質在細胞內的氧化分解，具體表現為氧的消耗和二氧化碳、水及（atp）的生成，又稱細胞呼吸。其根本意義在於給機體提供可利用的能量。可分為3個階段，在第1階段中，各種能源物質循不同的途徑轉變成。在第2階段中，乙醯輔酶a（乙醯coa）的二碳乙醯基，通過三羧酸循環轉變為co2和氫原子。在第3階段中，氫原子進入電子傳遞鏈（），最後傳遞給氧，與之生成水；同時通過電子傳遞過程伴隨發生的作用產生atp分子。生物體主要通過脫羧反應產生co2，即先轉變成含有（-cooh）的，然後在專一的脫羧酶催化下，從羧基中脫去co2。細胞中的可以“”、“加氧”或“失電子”等多種方式進行，而以脫氫方式最為普遍，也最重要。在的第1階段中包括一些和氧化反應，但在三羧酸循環中更為集中。三羧酸循環是在中普遍存在的環狀反應序列。循環由連續的組成，反應中間物質都是含有3個羧基的三羧酸或含有2個羧基的二羧酸，故稱三羧酸循環。因檸檬酸是環上物質，又稱。也可用發現者的名字命名為克雷布斯循環。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，但沒有淨消耗。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進行氧化。環上的羧酸化合物都有，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，最後與氧結合成水並產生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。在的過程中，逐步釋放，同時將其中大部分能量，通過作用貯存在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，也有的含有多種酶。但大多數呼吸鏈由下列成分組成，即：類、類、類、和類。這些的（或）部分，在呼吸鏈上不斷地被氧化和還原，起著傳遞氫（）或電子（）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。上圖即是存在最廣泛的nadh呼吸鏈和另一種fadh₂呼吸鏈。圖中用mh2代表任一還原型，如蘋果酸。可在專一的煙醯胺脫氫酶（）的催化下，脫去一對氫成為m（草醯乙酸）。這類脫氫酶，以nad （煙醯胺腺嘌呤二核苷酸）或nadp （）為輔酶。這兩種輔酶都含有煙醯胺（維生素pp）。在反應中，可接受1個氫和1個電子成為還原型輔酶，剩餘的1個h 留在液體介質中。

nad 2h(2h 2e)nadh h

nadp 2h(2h 2e)nadph h

黃素蛋白類是以黃素腺嘌呤二核苷酸（）或黃素單核苷酸（）為輔基的，其輔基中含核黃素（維生素b2）。脫氫酶就是一種，可以將nadh的氫原子加到fmn上，在nadh中起作用。也是一種黃素蛋白，可以將底物琥珀酸的1對氫原子直接加到輔基fad上，使其氧化生成延胡索酸。fadh2繼續將h傳遞給呼吸鏈中的下一個成員，所以fadh2呼吸鏈比nadh呼吸鏈短，伴隨著呼吸鏈產生的atp也略少。類的含硫及非卟啉鐵，故稱。其作用是通過鐵的變價傳遞電子：fe³ =e fe² 。這在上，常和或結合成複合物。在從nadh到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中心，有的在nadh脫氫酶中，有的和及c1有關。是一種，因廣泛存在於生物界故又名。其分子中的結構能可逆地加氫還原成對，在呼吸鏈中起中間傳遞體的作用。細胞色素是一類以鐵（與血紅素的結構類似）為輔基的紅色或棕色蛋白質，在呼吸鏈中依靠鐵的化合價變化而傳遞電子：fe³ =e fe² 。發現的細胞色素有 b、c、c1、aa3等多種。這些細胞色素的、輔基結構及輔基與蛋白質部分的連線方式均有差異。在典型的呼吸鏈中，其順序是b→c1→c→aa3→o₂。還不能把a和a3分開，而且只有aa3能直接被分子氧氧化，故將a和a3寫在一起並稱之為。生物界各種呼吸鏈的差異主要在於組分不同，或缺少某些中間傳遞體，或中間傳遞體的成分不同。如在分枝桿菌中用維生素k代替；又如許多細菌沒有完整的細胞色素系統。呼吸鏈的組成雖然有許多差異，但其傳遞電子的順序卻基本一致。生物進化越高級，呼吸鏈就越完善。與呼吸鏈的atp生成作用叫做氧化磷酸化。nadh呼吸鏈每傳遞1對氫原子到氧，產生3個atp分子。fadh2呼吸鏈則只生成2個atp分子。

無氧呼吸一般是指細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物質分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。這個過程對於高等植物、高等動物和人來說，稱為無氧呼吸。如果用於微生物（如、酵母菌），則習慣上稱為。細胞進行無氧呼吸的場所是細胞質基質。

蘋果儲藏久了會有酒味；高等植物在水淹的情況下，可以進行短時間的無氧呼吸，將葡萄糖分解為和二氧化碳，並且釋放出少量的能量，以適應缺氧的環境條件；高等動物和人體在劇烈運動時，儘管呼吸運動和血液循環都大大加強了，但是仍然不能滿足骨骼肌對氧的需要，這時內就會出現無氧呼吸。高等動物和人體的無氧呼吸產生乳酸。此外，還有一些的某些器官在進行無氧呼吸時也可以產生乳酸，如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等。

植物的呼吸作用

無氧呼吸的全過程，可以分為兩個階段：第一個階段與有氧呼吸的第一個階段完全相同；第二個階段是丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者轉化成乳酸。以上兩個階段中的各個化學反應是由不同的酶來催化的。在無氧呼吸中，葡萄糖氧化分解時所釋放出的能量，比有氧呼吸釋放出的要少得多。例如，1mol的葡萄糖在分解成乳酸以後，共放出196.65kj的能量，其中有61.08kj的能量儲存在atp中，其餘的能量都以熱能的形式散失了。

有氧呼吸：

有氧呼吸是指細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量的能量的過程。有氧呼吸是高等動植物進行呼吸作用的主要形式。

無氧呼吸：

指生活細胞對有機物進行的不完全的氧化。這個過程沒有分子氧參與，其氧化後的不完全主要是酒精。總反應式：c6h12o6→2c₂h5oh 2co₂ 226千焦耳（54千卡）在高等植物中常將無氧呼吸稱為發酵。其不完全氧化產物為酒精時，稱為；為乳酸則稱為。在缺氧條件下，只能進行無氧呼吸，暫時維持其生命活動。無氧呼吸最終會使植物受到危害，其原因，一方面可能是由於有機物進行不完全氧化、產生的能量較少。於是，由於，加速速率，以補償低的atp產額。隨之又會造成不完全氧化產物的積累，對細胞產生毒性；此外，也加速了對糖的消耗，有耗盡的危險。

無氧呼吸公式：

酒精發酵：→酶→能量（少量）

乳酸發酵：→酶→能量（少量)

（箭頭上標：酶）

有氧呼吸公式：c6h12o6 6h₂o 6o₂酶→6co₂ 12h₂o 38atp

有氧呼吸主要在內，而無氧呼吸主要在細胞基質內.

有氧呼吸需要分子氧參加，而無氧呼吸不需要分子氧參加

有氧呼吸分解產物是二氧化碳和水，無氧呼吸分解產物是：酒精和co₂或者乳酸

有氧呼吸釋放能量較多，無氧呼吸釋放能量較少.

無氧呼吸和有氧呼吸的過程雖然有明顯的不同，但是並不是完全不同。從葡萄糖到，這個階段完全相同，只是從丙酮酸開始，它們才分別沿著不同的途徑形成不同的產物：在有氧條件下，丙酮酸徹底氧化分解成二氧化碳和水，全過程釋放較多的能量；在無氧條件下，丙酮酸則分解成為酒精和二氧化碳，或者轉化成乳酸，全過程釋放較少的能量。

對生物體來說，呼吸作用具有非常重要的生理意義

呼吸作用能為生物體的生命活動提供能量。呼吸作用釋放出來的能量，一部分轉變為熱能而散失，另一部分儲存在atp中。當atp在酶的作用下分解時，就把儲存的能量釋放出來，用於生物體的各項生命活動，如細胞的分裂，植株的生長，的吸收，，的傳導等。

呼吸過程能為體內其他化合物的合成提供原料。在呼吸過程中所產生的一些中間產物，可以成為合成體內一些重要化合物的原料。例如，葡萄糖分解時的中間產物丙酮酸是合成胺基酸的原料。同時，保持大氣中二氧化碳和氧氣的含量保持平衡。

發酵工程：是指採用工程技術手段，利用生物，主要是微生物的某些功能，為人類生產有用的生物產品，或者直接用微生物參與控制某些工業生產過程的一種技術。人們熟知的利用酵母菌發酵製造啤酒、果酒、工業酒精，利用乳酸菌發酵製造和酸牛奶，利用真菌大規模生產青黴素等都是這方面的例子。隨著科學技術的進步，發酵技術也有了很大的發展，並且已經進入能夠人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產產品的現代發酵工程階段。現代發酵工程作為現代生物技術的一個重要組成部分，具有廣闊的套用前景。例如，利用dna重組技術有目的地改造原有的菌種並且提高其產量；利用生產藥品，如人的、和生長素等。

一種工業發酵罐