高中生物学/细胞呼吸和糖酵解

细胞能量

• 你的细胞通过称为细胞呼吸的过程，将有机化合物（尤其是葡萄糖）中的能量转移到ATP中。
• 氧气使ATP的产生更有效率，尽管一些ATP是在没有氧气的情况下产生的。
• 需要氧气的代谢过程称为需氧过程。
• 不需要氧气的代谢过程称为厌氧过程。

细胞呼吸的阶段

• 阶段1：葡萄糖转化为丙酮酸，产生少量ATP和NADH。
• 阶段2：当有氧气存在时，丙酮酸和NADH用于产生大量的ATP。这个过程被称为需氧呼吸。需氧呼吸发生在真核细胞的线粒体中，以及原核细胞的细胞膜中。当没有氧气存在时，丙酮酸转化为乳酸或乙醇和二氧化碳。
• 需氧呼吸产生细胞产生的绝大多数ATP。
• 需氧呼吸的中间产物形成有机化合物，这些化合物有助于构建和维持细胞。

第一阶段：葡萄糖的分解

• 细胞呼吸的主要燃料是葡萄糖，它是在淀粉和蔗糖等碳水化合物分解时形成的。
• 如果可用的碳水化合物不足以满足生物体对葡萄糖的需求，其他分子（如脂肪）可以分解成ATP。
• 蛋白质和核酸也可以用于制造ATP，但它们通常用于构建重要的细胞部分。

糖酵解

• 在细胞呼吸的第一阶段，葡萄糖在细胞质中被分解，这个过程被称为糖酵解。
• 糖酵解是一个酶辅助的厌氧过程，它将一个六碳葡萄糖分子分解成三个碳的丙酮酸离子。
• 丙酮酸是三碳有机酸丙酮酸的离子。
• 糖酵解过程中产生的丙酮酸仍然包含一些储存在葡萄糖分子中的能量。
• 随着葡萄糖的分解，它的一些氢原子被转移到一个称为NAD+的电子受体。
• 这形成了称为NADH的电子载体。
• 为了使细胞呼吸继续进行，NADH携带的电子最终被捐赠给其他有机化合物。
• 这循环利用了NAD+，使其可以接受更多电子。
• 步骤1：在一系列三个反应中，两个ATP分子的磷酸基团被转移到一个葡萄糖分子上。
• 步骤2：在两个反应中，生成的六碳化合物被分解成两个三碳化合物，每个化合物都带有一个磷酸基团。
• 步骤3：产生两个NADH分子，并且一个额外的磷酸基团被转移到每个三碳化合物上。
• 步骤4：在一系列四个反应中，每个三碳化合物被转化为三个碳的丙酮酸，在这个过程中产生四个ATP分子。
• 糖酵解消耗了两个ATP分子，但产生了四个ATP分子，净增益为两个ATP分子。
• 糖酵解之后是另一组反应，这些反应利用暂时储存在NADH中的能量来制造更多的ATP。

第二阶段：ATP的产生

• 当有氧气存在时，糖酵解过程中产生的丙酮酸进入线粒体，并转化为一个二碳化合物。
• 这个反应产生了1个二氧化碳分子、1个NADH分子和1个二碳乙酰基。
• 乙酰基连接到一个称为辅酶A (CoA) 的分子上，形成一个称为乙酰辅酶A的化合物。

三羧酸循环

• 乙酰辅酶A进入一系列酶辅助反应，称为三羧酸循环。
• 步骤1：乙酰辅酶A与一个四碳化合物结合，形成一个六碳化合物，释放辅酶A。
• 步骤2：二氧化碳，CO2，从六碳化合物中释放出来，形成一个五碳化合物。电子被转移到NAD+，形成一个NADH分子。
• 步骤3：二氧化碳从五碳化合物中释放出来，形成一个四碳化合物。一个ATP分子被制造出来，并且一个NADH分子也被产生。
• 步骤4：现有的四碳化合物被转化为一个新的四碳化合物。电子被转移到一个称为FAD的电子受体，形成一个FADH2分子。FADH2是另一种类型的电子载体。
• 步骤5：然后将新的四碳化合物转化为开始该循环的四碳化合物。产生另一个NADH分子。
• 在三羧酸循环之后，NADH和FADH2现在包含了先前储存在葡萄糖和丙酮酸中的大部分能量。当三羧酸循环完成时，开始该循环的四碳化合物已被循环利用，并且乙酰辅酶A可以再次进入该循环。

电子传递链

• 在需氧呼吸中，由NADH和FADH2捐赠的电子通过电子传递链。在真核细胞中，电子传递链位于线粒体的内膜中。
• 这些电子的能量被用来将氢离子泵出线粒体内膜隔室。
• 氢离子在外部隔室中积累，在内膜上产生一个浓度梯度。
• 氢离子通过一个载体蛋白扩散回内部隔室，该载体蛋白将一个磷酸基团添加到ADP，形成ATP。
• 在电子传递链的末端，氢离子和耗尽的电子与氧气分子，O2，结合，形成水分子，H2O。