細胞呼吸概念圖

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簡介

呼吸是我們體內維持生命的重要過程之一。它是一個將食物中儲存的能量轉化為化學能的過程，化學能是身體的燃料來源，併為身體提供能量。細胞水平的呼吸稱為細胞呼吸。細胞呼吸是一種分解代謝反應，其中大分子轉化為小分子，併為維持細胞水平的活動提供能量。

什麼是細胞呼吸

• 細胞呼吸涉及一系列代謝反應，其中生物化學能量以 ATP 的形式從葡萄糖中產生，然後這種能量貨幣被儲存起來並在細胞需要能量時使用。

• 在細胞呼吸中，使用氧氣。它是一個高度負電性的分子，吸引電子向自身移動，並釋放儲存在化學鍵中的能量。氧氣和儲存在食物中的能量（勢能）發生反應，產生二氧化碳、水和能量作為副產物。這種釋放的能量用於形成 ATP。

• 原核生物和真核生物都進行細胞呼吸。

• 在原核生物中，它發生在細胞質中，而在真核生物中，它發生在細胞質和線粒體中。

• 真核生物的細胞呼吸有 4 個階段：糖酵解、丙酮酸氧化、檸檬酸迴圈（也稱為克雷布斯迴圈）和氧化磷酸化，後者是由於電子傳遞而發生的。

• 細胞呼吸在有氧和無氧條件下均能運作。細胞呼吸本質上是一個有氧過程，因為細胞接受分子氧並釋放二氧化碳作為回報。當最終電子受體是氧氣時，它是需氧的；當氧氣不是最終電子受體時，則稱為厭氧過程。一些厭氧細菌進行厭氧呼吸。

• 厭氧呼吸有以下幾種型別：

• 乳酸發酵 - 在此過程中，ATP 由六碳化合物（即葡萄糖）形成，併產生乳酸作為副產物。它發生在真核生物和一些原核生物中。在人體肌肉細胞中，它發生在劇烈運動期間，乳酸儲存在我們的肌肉中，我們會感到疼痛。

• 酒精發酵 - 在此過程中，ATP 不是由糖產生的，而是產生乙醇。此過程也稱為乙醇發酵。它主要參與酒精飲料的生產。

• 甲烷生成 - 在此過程中，產生甲烷，並且僅由厭氧細菌進行。例如：甲烷球菌目、產甲烷菌、甲烷熱菌目等。

• 此過程對原核生物和真核生物都至關重要，因為它提供了燃料來執行各種身體功能。

細胞呼吸的概念圖

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概念圖的解釋

細胞呼吸過程從糖酵解開始，到氧化磷酸化結束。

糖酵解

• 糖酵解涉及將一個葡萄糖分子轉化為兩個丙酮酸分子。

• 此過程的位置在原核生物和真核生物中相同；即細胞質。

• 參與糖酵解的酶也存在於細胞質中

• 它也被稱為 Embden-Meyerhof 途徑。

• 在糖酵解開始之前，葡萄糖必須被帶入細胞內並被磷酸化。

• 糖酵解分為兩個階段 - 準備階段和支付階段。在第一階段，ATP 用於磷酸化，而在第二階段，它再次產生。

• 在有氧條件下進行糖酵解的淨產率為 7 個 ATP，在無氧條件下的淨產率為 2 個 ATP。

丙酮酸氧化

• 此過程的位置在原核生物和真核生物中有所不同。在真核生物中，線粒體基質參與其中，而在原核生物中，細胞質參與其中。

• 在此過程中，丙酮酸經歷氧化形成乙醯輔酶 A，該反應是一個氧化脫羧過程。

• 丙酮酸脫氫酶複合體參與此反應。此複合體中存在三種酶：丙酮酸脫氫酶 (E1)、二氫硫辛醯胺轉乙醯酶 (E2) 和二氫硫辛醯胺脫氫酶 (E3)。

• 在此過程中，會產生一個 NADH 分子。

檸檬酸迴圈

• 此過程的位置在原核生物和真核生物中有所不同。在真核生物中，線粒體基質參與其中，而在原核生物中，細胞質參與其中。

• 它也以其他名稱而聞名 - 三羧酸迴圈或克雷布斯迴圈。

• H A Krebs 發現了克雷布斯迴圈。

• 克雷布斯迴圈的副產物是 2 摩爾二氧化碳、3 摩爾 NADH、1 摩爾 FADH2 和 1 摩爾 GTP。

氧化磷酸化

• 此過程的位置在原核生物和真核生物中也存在差異。線粒體內膜參與真核生物，而質膜參與原核生物。

• 在此過程中，能量儲存在葡萄糖氧化成二氧化碳過程中釋放的還原性 NADH 和 FADH 中。NADH 和 FADH 是在糖酵解和檸檬酸迴圈過程中產生的輔酶。

• 在此過程中，電子在存在於線粒體內膜（真核生物）和質膜（原核生物）中的電子載體的幫助下從 NADH2\FADH 傳遞到氧氣。

• 在電子運輸過程中，會產生質子梯度，它負責 ATP 的合成。化學滲透理論解釋了透過產生的質子梯度形成 ATP 的整個現象。

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結論

細胞呼吸是指細胞水平的呼吸。細胞呼吸涉及各種生物化學反應，其中生物化學能量以 ATP 的形式產生，並作為執行各種身體功能的燃料。細胞呼吸涉及一系列生物化學反應，這些反應在原核生物和真核生物的不同細胞器中發生。

常見問題

Q1. 命名催化糖酵解不可逆步驟的糖酵解酶。

答：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶是糖酵解的酶。由於它們是不可逆的，因此這些酶調節糖酵解的速率。

Q2. 命名丙酮酸脫氫酶複合體的輔因子。

答：丙酮酸脫氫酶複合體的輔因子如下：

• TPP - 丙酮酸脫氫酶

• 硫辛酸和輔酶 A - 二氫硫辛醯胺轉乙醯酶

• FAD 和 NAD+ - 二氫硫辛醯胺脫氫酶。

Q3. 命名檸檬酸迴圈的調節酶。

答：α-酮戊二酸脫氫酶、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶是檸檬酸迴圈的酶。由於這些酶調節檸檬酸迴圈的不可逆步驟，因此它們調節檸檬酸迴圈。

Q4. 命名四個電子傳遞鏈複合體。

答：四個電子傳遞鏈複合體包括：

• 複合體 I - NADH 脫氫酶

• 複合體 II - 琥珀酸輔酶 Q 還原酶

• 複合體 III - 輔酶 Q-細胞色素 c 還原酶

• 複合體 IV - 細胞色素 c 氧化酶。

Q5. 命名一些電子傳遞鏈抑制劑。

答：一些電子傳遞鏈抑制劑包括：

• 抗黴素 A - 抑制複合體 III 的電子傳遞

• 異戊巴比妥 - 抑制複合體 I 的電子傳遞

• 魚藤酮 - 抑制複合體 I 的電子傳遞