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词条 有氧呼吸
释义

有氧呼吸是指植物细胞在氧气的参与下,把某些有机物彻底氧化分解,放出二氧化碳并形成水,同时释放出大量能量的过程。

有氧呼吸

有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生出二氧化碳和水,同时释放出大量的能量并合成ATP的过程。有氧呼吸是高等动植物进行呼吸作用的主要形式。

有氧呼吸是高等动、植物进行呼吸作用的主要形式,通常所说的呼吸作用就是指有氧呼吸。 有氧呼吸在细胞质基质和线粒体中进行,且线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。

有氧呼吸的三个阶段

A、第一阶段:

在细胞质的基质中,一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸,同时脱下4个[H](活化氢);在葡萄糖分解的过程中释放出少量的能量,其中一部分能量用于合成ATP,产生少量的ATP。这一阶段不需要氧的参与,是在细胞质基质中进行的。反应式:C6H12O6酶→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量 (2ATP)

B、第二阶段:

丙酮酸进入线粒体的基质中,两分子丙酮酸和6个水分子中的氢全部脱下,共脱下20个[H],丙酮被氧化分解成二氧化碳;在此过程释放少量的能量,其中一部分用于合成ATP,产生少量的能量。这一阶段也不需要氧的参与,是在线粒体基质中进行的。反应式:2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶→20[H]+6CO2+少量能量 (2ATP)

C、第三阶段:

在线粒体的内膜上,前两阶段脱下的共24个[H]与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的6个O2结合成水;在此过程中释放大量的能量,其中一部分能量用于合成ATP,产生大量的能量。这一阶段需要氧的参与,是在线粒体内膜上进行的。反应式:24[H]+6O2酶→12H2O+大量能量(34ATP)

[H]是一种十分简化的表示方式。这一过程中实际上是氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)转化成还原性辅酶Ⅰ(NADH)。

有氧呼吸主要在线粒体内,而无氧呼吸主要在细胞基质内.

有氧呼吸需要氧分子参加,而无氧呼吸不需要分子氧参加

有氧呼吸分解产物是二氧化碳和水,无氧呼吸分解产物是:酒精或者乳酸

有氧呼吸释放能量较多,无氧呼吸释放能量较少.

有氧呼吸过程中能量变化

在有氧呼吸过程中,葡萄糖彻底氧化分解,1mol的葡萄糖在彻底氧分解以后,共释放出2870kJ的能量,其中有1161kJ的能量储存在ATP中,其余的能量都以热能的形式散失了。

有氧呼吸的方程式

第一阶段 C6H12O6酶→细胞质基质=2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量(2ATP)

第二阶段 2丙酮酸(C3H4O3)+6H2O酶→线粒体基质=6CO2+20[H]+能量(2ATP)

第三阶段 24[H]+6O2酶→线粒体内膜=12H2O+能量(34ATP)

总反应式 C6H12O6+6H2O+6O2酶→6CO2+12H2O+大量能量(38ATP)

有氧呼吸的实质

分解有机物,释放能量 。

1mol葡萄糖在体内彻底氧化分解所释放的能量是2870KJ,

其中1161KJ的能量转移到ATP中,

合成38个ATP,能量的转移率是40%

有氧呼吸反应

生物体主要通过脱羧反应产生CO2,即代谢物先转变成含有羧基(-COOH)的羧酸,然后在专一的脱羧酶催化下,从羧基中脱去CO2。细胞中的氧化反应可以“脱氢”、“加氧”或“失电子”等多种方式进行,而以脱氢方式最为普遍,也最重要。在细胞呼吸的第1阶段中包括一些脱羧和氧化反应,但在三羧酸循环中更为集中。三羧酸循环是在需氧生物中普遍存在的环状反应序列。循环由连续的酶促反应组成,反应中间物质都是含有3个羧基的三羧酸或含有2个羧基的二羧酸,故称三羧酸循环。因柠檬酸是环上物质,又称柠檬酸循环。也可用发现者的名子命名为克雷布斯循环。在循环开始时,一个乙酰基以乙酰-CoA的形式,与一分子四碳化合物草酰乙酸缩合成六碳三羧基化合物柠檬酸。柠檬酸然后转变成另一个六碳三羧酸异柠檬酸。异柠檬酸脱氢并失去CO2,生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。后者再脱去1个CO2,产生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸经过三步反应,脱去2对氢又转变成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可与另一分子的乙酰CoA反应,开始另一次循环。循环每运行一周,消耗一分子乙酰基(二碳),产生2分子CO2和4对氢。草酰乙酸参加了循环反应,但没有净消耗。如果没有其他反应消除草酰乙酸,理论上一分子草酰乙酸可以引起无限的乙酰基进行氧化。环上的羧酸化合物都有催化作用,只要小量即可推动循环。凡能转变成乙酰CoA或三羧酸循环上任何一种催化剂的物质,都能参加这循环而被氧化。所以此循环是各种物质氧化的共同机制,也是各种物质代谢相互联系的机制。三羧酸循环必须在有氧的情况下进行。环上脱下的氢进入呼吸链,最后与氧结合成水并产生ATP,这个过程是生物体内能量的主要来源。

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有氧呼吸 - 介绍指物质在细胞内的氧化分解,具体表现为氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷(ATP)的生成,又称细胞呼吸。其根本意义在于给机体提供可利用的能量。

细胞呼吸可分为3个阶段

在第1阶段中,各种能源物质循不同的分解代谢途径转变成乙酰辅酶A。

在第2阶段中,乙酰辅酶A(乙酰CoA)的二碳乙酰基,通过三羧酸循环转变为CO2和氢原子。

在第3阶段中,氢原子进入电子传递链(呼吸链),最后传递给氧,与之生成水;同时通过电子传递过程伴随发生的氧化磷酸化作用产生ATP分子。

脱羧反应产生CO2

生物体主要通过脱羧反应产生CO2,即代谢物先转变成含有羧基(-COOH)的羧酸,然后在专一的脱羧酶催化下,从羧基中脱去CO2。细胞中的氧化反应可以“脱氢”、“加氧”或“失电子”等多种方式进行,而以脱氢方式最为普遍,也最重要。

在细胞呼吸的第1阶段中包括一些脱羧和氧化反应,但在三羧酸循环中更为集中。三羧酸循环是在需氧生物中普遍存在的环状反应序列。循环由连续的酶促反应组成,反应中间物质都是含有3个羧基的三羧酸或含有2个羧基的二羧酸,故称三羧酸循环。因柠檬酸是环上物质,又称柠檬酸循环。也可用发现者的名子命名为克雷布斯循环。在循环开始时,一个乙酰基以乙酰-CoA的形式,与一分子四碳化合物草酰乙酸缩合成六碳三羧基化合物柠檬酸。柠檬酸然后转变成另一个六碳三羧酸异柠檬酸。异柠檬酸脱氢并失去CO2,生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。后者再脱去1个CO2,产生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸经过三步反应,脱去2对氢又转变成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可与另一分子的乙酰CoA反应,开始另一次循环。循环每运行一周,消耗一分子乙酰基(二碳),产生2分子CO2和4对氢。草酰乙酸参加了循环反应,但没有净消耗。如果没有其他反应消除草酰乙酸,理论上一分子草酰乙酸可以引起无限的乙酰基进行氧化。环上的羧酸化合物都有催化作用,只要小量即可推动循环。凡能转变成乙酰CoA或三羧酸循环上任何一种催化剂的物质,都能参加这循环而被氧化。所以此循环是各种物质氧化的共同机制,也是各种物质代谢相互联系的机制。三羧酸循环必须在有氧的情况下进行。

生物体内能量的主要来源

环上脱下的氢进入呼吸链,最后与氧结合成水并产生ATP,这个过程是生物体内能量的主要来源。呼吸链由一系列按特定顺序排列的结合蛋白质组成。链中每个成员,从前面的成员接受氢或电子,又传递给下一个成员,最后传递给氧。在电子传递的过程中,逐步释放自由能,同时将其中大部分能量,通过氧化磷酸化作用贮存在ATP分子中。不同生物,甚至同一生物的不同组织的呼吸链都可能不同。有的呼吸链只含有一种酶,也有的呼吸链含有多种酶。但大多数呼吸链由下列成分组成,即:烟酰胺脱氢酶类、黄素蛋白类、铁硫蛋白类、辅酶Q和细胞色素类。这些结合蛋白质的辅基(或辅酶)部分,在呼吸链上不断地被氧化和还原,起着传递氢(递氢体)或电子(递电子体)的作用。其蛋白质部分,则决定酶的专一性。为简化起见,书写呼吸链时常略去其蛋白质部分。上图即是存在最广泛的NADH呼吸链和另一种FADH2呼吸链。图中用MH2代表任一还原型代谢物,如苹果酸。可在专一的烟酰胺脱氢酶(苹果酸脱氢酶)的催化下,脱去一对氢成为氧化产物M(草酰乙酸)。这类脱氢酶,以NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)或NADP+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)为辅酶。这两种辅酶都含有烟酰胺(维生素PP)。在脱氢反应中,辅酶可接受1个氢和1个电子成为还原型辅酶,剩余的1个H+留在液体介质中。

NAD++2H(2H++2e)NADH+H+NADP++2H(2H++2e)NADPH+H+

黄素蛋白类是以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)或黄素单核苷酸(FMN)为辅基的脱氢酶,其辅基中含核黄素(维生素B2)。NADH脱氢酶就是一种黄素蛋白,可以将NADH的氢原子加到辅基FMN上,在NADH呼吸链中起递氢体作用。琥珀酸脱氢酶也是一种黄素蛋白,可以将底物琥珀酸的1对氢原子直接加到辅基FAD上,使其氧化生成延胡索酸。FADH2继续将H传递给FADH2呼吸链中的下一个成员,所以FADH2呼吸链比NADH呼吸链短,伴随着呼吸链产生的ATP也略少。

铁硫蛋白类的作用

铁硫蛋白类的活性部位含硫及非卟啉铁,故称铁硫中心。其作用是通过铁的变价传递电子:Fe3++eFe2+。这类蛋白质在线粒体内膜上,常和黄素脱氢酶或细胞色素结合成复合物。在从NADH到氧的呼吸链中,有多个不同的铁硫中心,有的在NADH脱氢酶中,有的和细胞色素b及c1有关。辅酶Q是一种脂溶性醌类化合物,因广泛存在于生物界故又名泛醌。其分子中的苯醌结构能可逆地加氢还原成对苯二酚衍生物,在呼吸链中起中间传递体的作用。细胞色素是一类以铁卟啉(与血红素的结构类似)为辅基的红色或棕色蛋白质,在呼吸链中依靠铁的化合价变化而传递电子:Fe3++eFe2+。目前,发现的细胞色素有 b、c、c1、aa3等多种。这些细胞色素的蛋白质结构、辅基结构及辅基与蛋白质部分的连接方式均有差异。在典型的呼吸链中,其顺序是b→c1→c→aa3→O2。现在还不能把a和a3分开,而且只有aa3能直接被分子氧氧化,故将a和a3写在一起并称之为细胞色素氧化酶。生物界各种呼吸链的差异主要在于组分不同,或缺少某些中间传递体,或中间传递体的成分不同。如在分枝杆菌中用维生素K代替辅酶Q;又如许多细菌没有完整的细胞色素系统。呼吸链的组成虽然有许多差异,但其传递电子的顺序却基本一致。生物进化越高级,呼吸链就越完善。与呼吸链偶联的ATP生成作用叫做氧化磷酸化。NADH呼吸链每传递1对氢原子到氧,产生3个ATP分子。FADH2呼吸链则只生成2个ATP分子。

有氧呼吸意义

第一,有氧呼吸提供植物生命活动所需要的大部分能量。植物的生长、发育,细胞的分裂和伸长,有机物的运输与合成,矿质营养的吸收和运输等过程都需要能量,这些能量主要是通过植物的呼吸作用提供的。植物的呼吸作用释放能量的速度较慢,而且是逐步释放,适于细胞利用。释放的能量,一部分转变为热能散失掉,一部分以三磷酸腺苷的形式暂时贮存。

第二,有氧呼吸提供了合成新物质的原料。呼吸过程产生的一系列中间产物,可以作为植物体内合成各种重要化合物的原料。呼吸作用是植物体内各种有机物相互转化的枢纽。

第三,有氧呼吸还能促进伤口愈合,增强植物的抗病能力。

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更新时间:2024/12/23 23:07:30