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主要内容

呼吸作用的步骤

呼吸作用是一个降解葡萄糖,产生ATP的代谢过程。细胞呼吸的阶段包括糖酵解,柠檬酸循环或者克雷布斯循环,和氧化磷酸化。

介绍

细胞呼吸是地球上最优雅、最雄伟、最迷人的代谢途径之一。同时,也是最复杂的之一。当我第一次了解到它的时候,我觉得自己被绊倒了,掉进了一罐有机化学味的字母表汤里!
幸运的是,一旦你开始了解细胞呼吸,它就显得不那么可怕了。让我们从远距离地大概了解细胞呼吸开始,再细致讲解四个主要阶段,追踪它们是如何相互联系的。

细胞呼吸的步骤

细胞呼吸的步骤概述。
  1. 糖酵解。六碳葡萄糖被转化为两个丙酮酸 (每个三碳)。产生ATP和NADH。这些反应发生在细胞溶质中。
  2. 丙酮酸氧化。丙酮酸进入线粒体基质,并被转化为与辅酶A结合的双碳分子,称为乙酰辅酶A。二氧化碳被释放,NADH被制造出来。
  3. 柠檬酸循环。乙酰辅酶A与一个四碳分子结合,经历一个反应循环,最终再生四碳的起始分子。ATP(或在某些情况下, GTP)、NADH和 FADH_2,并释放二氧化碳。这些反应发生在线粒体基质中。
  4. 氧化磷酸化。其他步骤产生的NADH和FADH_2将其电子释放在线粒体内膜的电子传递链中。当电子沿着链移动时,能量就会被释放,并被用来将质子从基质中泵入膜间隙,形成一个梯度。质子通过一种叫做ATP合成酶的酶回流到基质中,形成 ATP。在电子传输链的末端,氧气接受电子,并吸收质子形成水。
在细胞呼吸过程中,葡萄糖分子被逐渐分解成二氧化碳和水。在这一过程中,一些ATP直接产生于转化葡萄糖的反应中。然而,更多的ATP是后来在一个被称为氧化磷酸化的过程中产生的。氧化磷酸化是由电子通过电子传输链的运动驱动的。电子传输链是一系列嵌入线粒体内膜中的蛋白质。
这些电子最初来自葡萄糖,由电子载体 NAD+FAD运输到电子传递链。它们收到电子后会变成NADHFADH2。需要注意的一点是,当上图中提到 + NADH+ FADH2时,这些分子并不是凭空出现的,它们只是被转换到电子携带形式。
NAD+ + 2e + 2H+ NADH + H+
FAD + 2e + 2H+ FADH2
要了解葡萄糖分子是如何在你的身体的一个细胞里被转化为二氧化碳的,以及它的能量是如何变成ATP和NADH/FADH2,就让我们一步一步地学习细胞呼吸的四个阶段。
  1. 糖酵解 在糖酵解中,葡萄糖——一种六碳糖——经历了一系列的化学变化。最后,它被转化为两个丙酮酸分子,一种三碳有机分子。在这些反应中,ATP被产生且NAD+被转化成NADH
  2. 丙酮酸氧化 每个由糖酵解产生的丙酮酸进入线粒体基质——线粒体最内层的部分。在那里,它被转换成与辅酶A结合的双碳分子,即乙酰辅酶A。在此过程中,二氧化碳被释放并生成 NADH
  3. 柠檬酸循环 再上一部中生成的乙酰辅酶A与一个四碳分子结合并经历一个反应循环,最终产生起始的四碳分子。ATPNADH,和FADH2被产生,二氧化碳被释放。
  4. 氧化磷酸化 在之前步骤中产生的NADHFADH2将电子释放在电子传递链中,变回它们的“空闲”形式(NAD+FAD)。当电子沿着链移动时,能量就会被释放,并被用来将质子从基质中泵入膜间隙,形成一个浓度梯度。质子通过一种叫做ATP合成酶的酶回流到基质中,产生ATP。在电子传输链的末端,氧气接受电子,并吸收质子形成水。
糖酵解可以在没有氧气的情况下发生,其过程被称为发酵 细胞呼吸的其他三步——丙酮酸氧化、柠檬酸循环和氧化磷酸化——需要氧气才能进行。虽然只有氧化磷酸化直接使用氧气,但其他两步不能在没有氧化磷酸化的情况下进行。
网站上的其他文章和录像更详细地涵盖细胞呼吸的每个阶段,请试着观看概述视频,或直接使用上面的链接去跳到特定的阶段。

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