細胞呼吸
| A+醫學百科 >> 細胞呼吸 |
指物質在細胞內的氧化分解，具體表現為氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷（ATP）的生成，又
稱細胞呼吸。其根本意義在于給機體提供可利用的能量。細胞呼吸可分為3個階段，在第1階段中，各種能源物質循不同的分解代謝途徑轉變成乙酰輔酶A。在第2階段中，乙酰輔酶A（乙酰CoA）的二碳乙酰基，通過三羧酸循環轉變為CO2和氫原子。在第3階段中，氫原子進入電子傳遞鏈（呼吸鏈），最后傳遞給氧，與之生成水；同時通過電子傳遞過程伴隨發生的氧化磷酸化作用產生ATP分子。生物體主要通過脫羧反應產生CO2，即代謝物先轉變成含有羧基（-COOH）的羧酸，然后在專一的脫羧酶催化下，從羧基中脫去CO2。細胞中的氧化反應可以“脫氫”、“加氧”或“失電子”等多種方式進行，而以脫氫方式最為普遍，也最重要。在細胞呼吸的第1階段中包括一些脫羧和氧化反應，但在三羧酸循環中更為集中。三羧酸循環是在需氧生物中普遍存在的環狀反應序列。循環由連續的酶促反應組成，反應中間物質都是含有3個羧基的三羧酸或含有2個羧基的二羧酸，故稱三羧酸循環。因檸檬酸是環上物質，又稱檸檬酸循環。也可用發現者的名字命名為克雷布斯循環。在循環開始時，一個乙酰基以乙酰-CoA的形式，與一分子四碳化合物草酰乙酸縮合成六碳三羧基化合物檸檬酸。檸檬酸然后轉變成另一個六碳三羧酸異檸檬酸。異檸檬酸脫氫并失去CO2，生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。后者再脫去1個CO2，產生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸經過三步反應，脫去2對氫又轉變成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可與另一分子的乙酰CoA反應，開始另一次循環。循環每運行一周，消耗一分子乙酰基（二碳），產生2分子CO2和4對氫。草酰乙酸參加了循環反應，但沒有凈消耗。如果沒有其他反應消除草酰乙酸，理論上一分子草酰乙酸可以引起無限的乙酰基進行氧化。環上的羧酸化合物都有催化作用，只要小量即可推動循環。凡能轉變成乙酰CoA或三羧酸循環上任何一種催化劑的物質，都能參加這循環而被氧化。所以此循環是各種物質氧化的共同機制，也是各種物質代謝相互聯系的機制。三羧酸循環必須在有氧的情況下進行。環上脫下的氫進入呼吸鏈，最后與氧結合成水并產生ATP，這個過程是生物體內能量的主要來源。呼吸鏈由一系列按特定順序排列的結合蛋白質組成。鏈中每個成員，從前面的成員接受氫或電子，又傳遞給下一個成員，最后傳遞給氧。在電子傳遞的過程中，逐步釋放自由能，同時將其中大部分能量，通過氧化磷酸化作用貯存在ATP分子中。不同生物，甚至同一生物的不同組織的呼吸鏈都可能不同。有的呼吸鏈只含有一種酶，也有的呼吸鏈含有多種酶。但大多數呼吸鏈由下列成分組成，即：煙酰胺脫氫酶類、黃素蛋白類、鐵硫蛋白類、輔酶Q和細胞色素類。這些結合蛋白質的輔基（或輔酶）部分，在呼吸鏈上不斷地被氧化和還原，起著傳遞氫（遞氫體）或電子（遞電子體）的作用。其蛋白質部分，則決定酶的專一性。為簡化起見，書寫呼吸鏈時常略去其蛋白質部分。上圖即是存在最廣泛的NADH呼吸鏈和另一種FADH2呼吸鏈。圖中用MH2代表任一還原型代謝物，如蘋果酸。可在專一的煙酰胺脫氫酶（蘋果酸脫氫酶）的催化下，脫去一對氫成為氧化產物M（草酰乙酸）。這類脫氫酶，以NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）為輔酶。這兩種輔酶都含有煙酰胺（維生素PP）。在脫氫反應中，輔酶可接受1個氫和1個電子成為還原型輔酶，剩余的1個H+留在液體介質中。
NAD++2H(2H++2e)NADH+H+
NADP++2H(2H++2e)NADPH+H+
黃素蛋白類是以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或黃素單核苷酸（FMN）為輔基的脫氫酶，其輔基中含核黃素（維生素B2）。NADH脫氫酶就是一種黃素蛋白，可以將NADH的氫原子加到輔基FMN上，在NADH呼吸鏈中起遞氫體作用。琥珀酸脫氫酶也是一種黃素蛋白，可以將底物琥珀酸的1對氫原子直接加到輔基FAD上，使其氧化生成延胡索酸。FADH2繼續將H傳遞給FADH2呼吸鏈中的下一個成員，所以FADH2呼吸鏈比NADH呼吸鏈短，伴隨著呼吸鏈產生的ATP也略少。鐵硫蛋白類的活性部位含硫及非卟啉鐵，故稱鐵硫中心。其作用是通過鐵的變價傳遞電子：Fe3++eFe2+。這類蛋白質在線粒體內膜上，常和黃素脫氫酶或細胞色素結合成復合物。在從NADH到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中心，有的在NADH脫氫酶中，有的和細胞色素b及c1有關。輔酶Q是一種脂溶性醌類化合物，因廣泛存在于生物界故又名泛醌。其分子中的苯醌結構能可逆地加氫還原成對苯二酚衍生物，在呼吸鏈中起中間傳遞體的作用。細胞色素是一類以鐵卟啉（與血紅素的結構類似）為輔基的紅色或棕色蛋白質，在呼吸鏈中依靠鐵的化合價變化而傳遞電子：Fe3++eFe2+。目前，發現的細胞色素有 b、c、c1、aa3等多種。這些細胞色素的蛋白質結構、輔基結構及輔基與蛋白質部分的連接方式均有差異。在典型的呼吸鏈中，其順序是b→c1→c→aa3→O2。現在還不能把a和a3分開，而且只有aa3能直接被分子氧氧化，故將a和a3寫在一起并稱之為細胞色素氧化酶。生物界各種呼吸鏈的差異主要在于組分不同，或缺少某些中間傳遞體，或中間傳遞體的成分不同。如在分枝桿菌中用維生素K代替輔酶Q；又如許多細菌沒有完整的細胞色素系統。呼吸鏈的組成雖然有許多差異，但其傳遞電子的順序卻基本一致。生物進化越高級，呼吸鏈就越完善。與呼吸鏈偶聯的ATP生成作用叫做氧化磷酸化。NADH呼吸鏈每傳遞1對氫原子到氧，產生3個ATP分子。FADH2呼吸鏈則只生成2個ATP分子。
總結：
1.細胞呼吸的概念：
細胞呼吸（cellular respiration）是指細胞在有氧條件下從食物分子（主要指葡萄糖）中取得能量的過
程。
糖類，脂質和蛋白質有機物在活細胞內氧化分解為CO2和水或分解為不徹底的氧化產物，且伴隨著能量的釋放。
2.細胞呼吸的特點：
有機物在酶的催化下，在溫和的條件下氧化分解，能量逐步釋放出來，沒有出現劇烈的發光，發熱現象。
3.細胞呼吸的本質：
氧化分解有機物釋放能量。
4.細胞呼吸的意義
為生物體的生命活動提供能量;為體內的其他化合物的合成提供原料。
5.有氧呼吸：
1）概念：指細胞在有氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等的有機物徹底的分解產生二氧化碳和水，釋放能量，產生許多的ATP的過程。
2）其化學反應式可寫成：C6H12O6+6H2O+6O2→（酶）6CO2+12H2O+能量
3）過程：第一階段（糖酵解）：1個分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，同時脫下4個(H)*，放出少量的能量，合成2個ATP，其余以熱能散失，場所在細胞的基質中。
第二階段（檸檬酸循環.三羧酸循環）：2個分子的丙酮酸和6個分子的水中的氫全部脫下20個（H），生成6分子的二氧化碳，釋放少量的能量，合成2個ATP，其余散熱消失，場所線粒體機基質。
第三階段（電子傳遞鏈.氧化磷酸化）：在前兩個階段脫下的24個(H)與6個氧氣分子結合成水，并釋放大量的能量合成34個ATP，場所在線粒體的基質.(在線粒體內膜上!)
- （H）是一種十分簡化的表示方式，這一過程實際上是氧化型輔酶I（NAD*）轉化成還原型輔酶I（NADH）。
細胞呼吸的分類
細胞分為發酵、有氧呼吸、無氧呼吸三種（根據最終電子受體不同的分類方式）：有氧呼吸 以分子氧（O2）為最終電子受體，無氧呼吸 以無機氧化物為最終電子受體，發酵 以有機物為最終電子受體。酵母釀酒、同型乳酸發酵、異型乳酸發酵等都是屬于發酵的范疇，而不是無氧呼吸。無氧呼吸指的是，依然進行三羧酸循環，還原輔酶依然經過氧化呼吸鏈，只不過最終的電子受體不是氧氣，而是無機氧化物罷了,其它過程幾乎和有氧呼吸一樣，并且最后產能較有氧呼吸少。簡單的說，并不是沒有利用分子氧的氧化就是無氧呼吸。
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 關于“細胞呼吸”的留言： |  訂閱討論RSS
|
|
目前暫無留言 | |
| 添加留言 | |