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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{{百科小图片|bkal5.jpg|细胞内的氧化分解}}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]]。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]]。也可用发现者的名字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。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。 总结: 1.细胞呼吸的概念: 细胞呼吸(cellular respiration)是指细胞在有氧条件下从食物分子(主要指[[葡萄糖]])中取得能量的过{{百科小图片|bkal6.jpg|细胞呼吸}}程。 糖类,[[脂质]]和蛋白质有机物在活细胞内氧化分解为CO2和水或分解为不彻底的氧化产物,且伴随着能量的释放。 2.细胞呼吸的特点: 有机物在酶的催化下,在温和的条件下氧化分解,能量逐步释放出来,没有出现剧烈的发光,[[发热]]现象。 3.细胞呼吸的本质: 氧化分解有机物释放能量。 4.细胞呼吸的意义 为生物体的[[生命活动]]提供能量;为体内的其他化合物的合成提供原料。 5.有氧呼吸: 1)概念:指细胞在有氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等的有机物彻底的分解产生二氧化碳和水,释放能量,产生许多的ATP的过程。{{百科小图片|bkal7.jpg|有氧呼吸的运动}}2)其化学反应式可写成:C6H12O6+6H2O+6O2→(酶)6CO2+12H2O+能量 3)过程:第一阶段([[糖酵解]]):1个分子的葡萄糖分解成2分子的[[丙酮]]酸,同时脱下4个(H)*,放出少量的能量,合成2个ATP,其余以热能散失,场所在细胞的[[基质]]中。 第二阶段(柠檬酸循环.三羧酸循环):2个分子的丙酮酸和6个分子的水中的氢全部脱下20个(H),生成6分子的二氧化碳,释放少量的能量,合成2个ATP,其余散热消失,场所线粒体机基质。 第三阶段(电子传递链.氧化磷酸化):在前两个阶段脱下的24个(H)与6个氧气分子结合成水,并释放大量的能量合成34个ATP,场所在线粒体的基质.(在线粒体内膜上!) *(H)是一种十分简化的表示方式,这一过程实际上是氧化型[[辅酶I]](NAD*)转化成还原型辅酶I(NADH)。 ===细胞呼吸的分类=== 细胞分为发酵、有氧呼吸、无氧呼吸三种(根据最终[[电子受体]]不同的分类方式):有氧呼吸 以分子氧(O2)为最终电子受体,无氧呼吸 以无机氧化物为最终电子受体,发酵 以有机物为最终电子受体。[[酵母]]酿酒、同型[[乳酸]]发酵、异型乳酸发酵等都是属于发酵的范畴,而不是无氧呼吸。无氧呼吸指的是,依然进行三羧酸循环,[[还原辅酶]]依然经过氧化呼吸链,只不过最终的电子受体不是氧气,而是无机氧化物罢了,其它过程几乎和有氧呼吸一样,并且最后产能较有氧呼吸少。简单的说,并不是没有利用分子氧的氧化就是无氧呼吸。 [[分类:生物]][[分类:生物学]][[分类:细胞]]
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