高中生物學/細胞呼吸和糖酵解

細胞能量

• 你的細胞透過稱為細胞呼吸的過程，將有機化合物（尤其是葡萄糖）中的能量轉移到ATP中。
• 氧氣使ATP的產生更有效率，儘管一些ATP是在沒有氧氣的情況下產生的。
• 需要氧氣的代謝過程稱為需氧過程。
• 不需要氧氣的代謝過程稱為厭氧過程。

細胞呼吸的階段

• 階段1：葡萄糖轉化為丙酮酸，產生少量ATP和NADH。
• 階段2：當有氧氣存在時，丙酮酸和NADH用於產生大量的ATP。這個過程被稱為需氧呼吸。需氧呼吸發生在真核細胞的線粒體中，以及原核細胞的細胞膜中。當沒有氧氣存在時，丙酮酸轉化為乳酸或乙醇和二氧化碳。
• 需氧呼吸產生細胞產生的絕大多數ATP。
• 需氧呼吸的中間產物形成有機化合物，這些化合物有助於構建和維持細胞。

第一階段：葡萄糖的分解

• 細胞呼吸的主要燃料是葡萄糖，它是在澱粉和蔗糖等碳水化合物分解時形成的。
• 如果可用的碳水化合物不足以滿足生物體對葡萄糖的需求，其他分子（如脂肪）可以分解成ATP。
• 蛋白質和核酸也可以用於製造ATP，但它們通常用於構建重要的細胞部分。

糖酵解

• 在細胞呼吸的第一階段，葡萄糖在細胞質中被分解，這個過程被稱為糖酵解。
• 糖酵解是一個酶輔助的厭氧過程，它將一個六碳葡萄糖分子分解成三個碳的丙酮酸離子。
• 丙酮酸是三碳有機酸丙酮酸的離子。
• 糖酵解過程中產生的丙酮酸仍然包含一些儲存在葡萄糖分子中的能量。
• 隨著葡萄糖的分解，它的一些氫原子被轉移到一個稱為NAD+的電子受體。
• 這形成了稱為NADH的電子載體。
• 為了使細胞呼吸繼續進行，NADH攜帶的電子最終被捐贈給其他有機化合物。
• 這迴圈利用了NAD+，使其可以接受更多電子。
• 步驟1：在一系列三個反應中，兩個ATP分子的磷酸基團被轉移到一個葡萄糖分子上。
• 步驟2：在兩個反應中，生成的六碳化合物被分解成兩個三碳化合物，每個化合物都帶有一個磷酸基團。
• 步驟3：產生兩個NADH分子，並且一個額外的磷酸基團被轉移到每個三碳化合物上。
• 步驟4：在一系列四個反應中，每個三碳化合物被轉化為三個碳的丙酮酸，在這個過程中產生四個ATP分子。
• 糖酵解消耗了兩個ATP分子，但產生了四個ATP分子，淨增益為兩個ATP分子。
• 糖酵解之後是另一組反應，這些反應利用暫時儲存在NADH中的能量來製造更多的ATP。

第二階段：ATP的產生

• 當有氧氣存在時，糖酵解過程中產生的丙酮酸進入線粒體，並轉化為一個二碳化合物。
• 這個反應產生了1個二氧化碳分子、1個NADH分子和1個二碳乙醯基。
• 乙醯基連線到一個稱為輔酶A (CoA) 的分子上，形成一個稱為乙醯輔酶A的化合物。

三羧酸迴圈

• 乙醯輔酶A進入一系列酶輔助反應，稱為三羧酸迴圈。
• 步驟1：乙醯輔酶A與一個四碳化合物結合，形成一個六碳化合物，釋放輔酶A。
• 步驟2：二氧化碳，CO2，從六碳化合物中釋放出來，形成一個五碳化合物。電子被轉移到NAD+，形成一個NADH分子。
• 步驟3：二氧化碳從五碳化合物中釋放出來，形成一個四碳化合物。一個ATP分子被製造出來，並且一個NADH分子也被產生。
• 步驟4：現有的四碳化合物被轉化為一個新的四碳化合物。電子被轉移到一個稱為FAD的電子受體，形成一個FADH2分子。FADH2是另一種型別的電子載體。
• 步驟5：然後將新的四碳化合物轉化為開始該迴圈的四碳化合物。產生另一個NADH分子。
• 在三羧酸迴圈之後，NADH和FADH2現在包含了先前儲存在葡萄糖和丙酮酸中的大部分能量。當三羧酸迴圈完成時，開始該迴圈的四碳化合物已被迴圈利用，並且乙醯輔酶A可以再次進入該迴圈。

電子傳遞鏈

• 在需氧呼吸中，由NADH和FADH2捐贈的電子透過電子傳遞鏈。在真核細胞中，電子傳遞鏈位於線粒體的內膜中。
• 這些電子的能量被用來將氫離子泵出線粒體內膜隔室。
• 氫離子在外部隔室中積累，在內膜上產生一個濃度梯度。
• 氫離子透過一個載體蛋白擴散回內部隔室，該載體蛋白將一個磷酸基團新增到ADP，形成ATP。
• 在電子傳遞鏈的末端，氫離子和耗盡的電子與氧氣分子，O2，結合，形成水分子，H2O。