需氧呼吸和厭氧呼吸——主要區別

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引言

人體所有細胞都需要能量來促進各種新陳代謝，因此每個活的有機體都進行細胞呼吸來釋放能量，這些能量以ATP的形式儲存。食物攝入後透過食道進入胃，在胃酸和酶的作用下分解成各種較小的碎片，包括葡萄糖。葡萄糖是最豐富的單糖，是碳水化合物代謝的初始底物，它被分解以釋放能量，因此葡萄糖和ATP是攜帶能量的分子。

細胞呼吸的定義

細胞呼吸是發生在動植物所有細胞（紅細胞除外）中的產能過程。它是將食物中的葡萄糖分解成二氧化碳、水和能量的過程，這個過程可以有氧或無氧進行。因此，它釋放二氧化碳作為廢物並釋放ATP（三磷酸腺苷）。

呼吸和呼吸的區別

呼吸	呼吸（指氣體交換）
這是吸氣和呼氣的生理過程。在細胞中，食物中葡萄糖分解的化學過程釋放能量。	這是將氧氣從外部環境移動到體內，並將二氧化碳從肺部釋放到外部環境的過程。
它分為生理呼吸和細胞呼吸。	呼吸（指氣體交換）是一種呼吸，因此也稱為生理呼吸。
細胞呼吸發生在細胞中，特別是細胞器如細胞質和線粒體中。	它發生在呼吸器官——肺部。
酶用於細胞過程中各種反應。	不涉及酶。
它產生ATP，ATP轉化為能量。	它不產生能量。

糖酵解

這是將一個葡萄糖分子分解成兩個丙酮酸分子併產生ATP的過程。它發生在所有細胞的細胞質中。

• 己糖激酶催化磷酸基團的新增，葡萄糖轉化為6-磷酸葡萄糖。

• 6-磷酸葡萄糖透過磷酸己糖異構酶轉化為6-磷酸果糖，它們是彼此的異構體。

• 磷酸果糖激酶催化6-磷酸果糖透過磷酸化不可逆地轉化為1,6-二磷酸果糖。

• 1,6-二磷酸果糖的裂解成3-磷酸甘油醛和二羥丙酮磷酸由醛縮酶催化。

• 3-磷酸甘油醛和二羥丙酮磷酸是可逆互變化合物，其轉化由磷酸丙糖異構酶完成。

• 3-磷酸甘油醛脫氫酶誘導3-磷酸甘油醛轉化為1,3-二磷酸甘油酸。在這個階段，NADH + H⁺由煙醯胺腺嘌呤二核苷酸NAD⁺形成，因此它向3-磷酸甘油醛添加了一個磷酸基團。

• 酶磷酸甘油酸激酶將1,3-二磷酸甘油酸轉化為3-磷酸甘油酸，併合成ATP。

• 3-磷酸甘油酸透過磷酸甘油酸變位酶轉化為2-磷酸甘油酸，這些化合物是異構體。

• 2-磷酸甘油酸透過烯醇化酶轉化為高能化合物磷酸烯醇丙酮酸，並去除水。

• 在丙酮酸激酶的存在下，磷酸烯醇丙酮酸轉化為丙酮酸，並形成ATP。

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ATP的生成

在糖酵解中，最終產物是2個丙酮酸、2個NADH和2個ATP分子。葡萄糖分裂成兩個丙酮酸，因此合成了8個ATP分子。

克雷伯氏迴圈

克雷伯氏迴圈是一系列化學反應，參與將乙醯輔酶A轉化為二氧化碳和水，這是一個迴圈途徑。這些反應發生線上粒體中，第一個形成的產物是檸檬酸，因此被稱為檸檬酸迴圈。

• 酶丙酮酸脫氫酶催化氧化脫羧作用，將丙酮酸轉化為乙醯輔酶A。氧化脫羧作用是去除羧酸基團形成二氧化碳。

• 檸檬酸合酶使乙醯輔酶A和草醯乙酸縮合。

• 檸檬酸被烏頭酸酶催化轉化為異檸檬酸。檸檬酸和異檸檬酸是異構體，它產生中間體順烏頭酸，隨後發生脫水和水化。

• 異檸檬酸透過異檸檬酸脫氫酶轉化為草醯琥珀酸（氧化脫羧作用），然後轉化為α-酮戊二酸。

• 酶α-酮戊二酸脫氫酶透過去除羧酸基團並形成二氧化碳將α-酮戊二酸轉化為琥珀醯輔酶A。

• 琥珀醯輔酶A到琥珀酸的轉化是由琥珀醯硫激酶誘導的。這是透過向GDP新增一個磷酸化基團來形成GTP實現的，而GTP透過核苷二磷酸激酶轉化為ATP。

• 琥珀酸脫氫酶透過加氧催化琥珀酸轉化為延胡索酸，併產生FADH2。

• 延胡索酸到蘋果酸的轉化由延胡索酸酶催化，透過加水進行。

• 蘋果酸透過蘋果酸脫氫酶氧化為草醯乙酸，併產生NADH。草醯乙酸透過與其他乙醯輔酶A分子結合而被重複利用，迴圈繼續進行。

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ATP的生成

在克雷伯氏迴圈中，產生2個CO₂、3個NADH和1個FADH₂，結果產生12個ATP。

電子傳遞鏈或末端氧化或氧化磷酸化

電子傳遞鏈（ETC）是一系列蛋白質，它們透過線粒體膜移動電子，併產生質子梯度以驅動ATP的合成。ETC中的一系列酶複合物

• NADH-泛醌還原酶 - 複合物I

• 琥珀酸輔酶Q還原酶 - 複合物II

• 泛醌-細胞色素c氧化還原酶 - 複合物III

• 細胞色素氧化酶 - 複合物IV

• ATP合酶 - 複合物V

這些催化電子透過電子載體（如黃素蛋白、細胞色素、輔酶Q、煙醯胺核苷酸和鐵硫蛋白）的轉移。

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電子透過一系列電子載體從代謝底物的一端轉移到氧的另一端，形成水。電子透過ETC的傳遞導致能量損失，因此，能量被ATP合酶複合物用於將ADP生成ATP，該反應涉及氧化磷酸化。在ETC和氧化磷酸化中產生32個ATP分子。

糖酵解和克雷伯氏迴圈的區別

糖酵解	克雷伯氏迴圈
需氧呼吸和厭氧呼吸的一個階段。	需氧呼吸的一個階段。
葡萄糖是底物物質。	乙醯輔酶A是底物。
發生在細胞質內。	發生線上粒體中。
它消耗2個ATP分子。	它不消耗ATP。
糖酵解中釋放二氧化碳。	克雷伯氏迴圈中不產生二氧化碳。
這是一個線性的酶促反應。	它是非線性途徑。
它發生在真核生物和原核生物中。	它發生在真核生物中。

需氧呼吸和厭氧呼吸的區別

需氧呼吸	厭氧呼吸
它是用氧氣分解食物並釋放能量的過程。	它是無氧分解食物並釋放能量的過程。
底物葡萄糖被完全氧化。	底物葡萄糖沒有被完全分解。
它發生在植物和需氧生物體中。	它發生在厭氧細菌等微生物中。
最終產物是CO2和H2O。	最終產物是乙醇。
它釋放大量的能量。	它釋放的能量少於需氧呼吸。

結論

呼吸是氣體交換，它分為呼吸（指氣體交換）和細胞呼吸。細胞呼吸對於動植物獲得能量至關重要，在參與各種功能中起著至關重要的作用。它可以是有氧呼吸或厭氧呼吸，以分解底物以產生能量和最終產物。然而，需氧呼吸產生的能量比厭氧呼吸多。代謝途徑涉及各種代謝反應，將底物轉化為產物，從而釋放ATP。因此，ATP分解以向細胞提供能量。

常見問題

1. 電子載體的作用是什麼？

代謝物存在於一端，氧氣存在於另一端，因此電子由一系列蛋白質攜帶。

2. 葡萄糖轉化為丙酮酸的過程中哪些步驟需要能量？

透過與酶的中間反應，從葡萄糖獲得甘油醛-3-磷酸和二羥基丙酮磷酸。這些是需要能量的過程。

3. 定義氧化磷酸化。

反應的氧化利用形成ATP（從ADP）的能量來新增磷酸基團，這個過程發生線上粒體中，被稱為氧化磷酸化。

4. 糖酵解過程中產生多少ATP？

葡萄糖被分解成兩個分子，因此糖酵解過程中產生8個ATP分子。

5. 為什麼細胞呼吸對生物體很重要？

細胞呼吸釋放能量，刺激體內的多種活動。因此，這對生物體的生存至關重要。

參考文獻

有氧呼吸與無氧呼吸——差異與比較 | Diffen。Diffen.com。（2022）。於2022年5月31日檢索自 https://www.diffen.com

細胞呼吸 | 定義、方程式、迴圈、過程、反應物和產物。大英百科全書。（2022）。於2022年5月31日檢索自 https://www.britannica.com

克雷布斯迴圈——定義、產物和位置 | 生物學詞典。生物學詞典。（2022）。於2022年5月31日檢索自 https://biologydictionary.net