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无氧呼吸

一般是指在无氧条件下,通过酶的催化作用,动植物细胞把糖类等有机物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放出少量能量的过程。

无氧呼吸又称厌氧呼吸,是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物(个别为有机氧化物)的生物氧化。 [1]

无氧呼吸,指生物细胞对有机物进行的不完全的氧化。这个过程没有氧分子参与,其氧化后的不完全氧化产物主要是酒精。在高等植物中常将无氧呼吸称为发酵,这个过程没有分子氧参与,其氧化后的不完全氧化产物为酒精时,称为酒精发酵;为乳酸则称为乳酸发酵。但是在广义的“无氧呼吸”中,通常不区分这两个概念。

根据最终电子受体不同,可把无氧呼吸分成硝酸盐呼吸,硫酸盐呼吸,硫呼吸,碳酸盐呼吸及延胡索酸呼吸等。其中最典型的是硝酸盐呼吸。

在生物氧化或能量代谢中,发酵是指在无氧条件下,底物脱氧后所产生的还原力[H]不经过呼吸传递而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。 [1] 在微生物中常将无氧呼吸称为发酵,指活细胞对有机物进行的不完全的氧化。

在缺氧条件下,只能进行无氧呼吸,暂时维持其生命活动。无氧呼吸最终会使植物受到危害,其原因,一方面可能是由于有机物进行不完全氧化、产生的能量较少。于是,由于巴斯德效应,加速糖酵解速率,以补偿低的ATP产额。随之又会造成不完全氧化产物的积累,对细胞产生毒性;此外,也加速了对糖的消耗,有耗尽可供呼吸物质的危险。

植物除甜菜块根、马铃薯块茎,玉米胚乳和胡萝卜叶无氧呼吸产物是乳酸外,无氧呼吸产物一般为酒精。

C6H12O6 + 酶 → 2C3H6O3(乳酸)+ 少量能量

C6H12O6 + 酶 → 2C2H5OH(酒精)+ 2CO2 + 少量能量

1、无氧呼吸是细胞呼吸的一种方式。

根据最终电子受体不同的分类方式,细胞呼吸分为发酵有氧呼吸、无氧呼吸三种。酵母酿酒、同型乳酸发酵、异型乳酸发酵都是属于发酵的范畴,而不是无氧呼吸。简单来说,没有利用氧气的氧化不一定是无氧呼吸。但在广义的“无氧呼吸”中,通常不区分这两个概念。

2、无氧呼吸是指有机碳化合物经彻底或者不彻底氧化,所脱下来的电子经部分电子传递链,最后传给外源的无机氧化物(个别是有机氧化物)并释放较少能量。

3、无氧呼吸分解不彻底,部分能量储存在酒精或乳酸中。1 mol葡萄糖在分解成乳酸以后,只释放196.65kJ的能量,其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中,近69-的能量都以热能的形式散失了。

在细胞质的基质中,与有氧呼吸的第一阶段完全相同。即一分子的葡萄糖在酶的作用下分解成两分子的丙酮酸,过程中释放少量的[H]和少量能量。

反应式:C6H12O6 + 酶 →2C3H4O3+4[H]+2ATP(少量)

在细胞质的基质中,丙酮酸在不同酶的催化下,分解为酒精和二氧化碳,或者转化为乳酸。需特别注意的是:在高中阶段,细胞的无氧呼吸第二阶段是不会产生能量的。但是在大学及生物研究阶段,细胞的无氧呼吸第二阶段实际上是会产生一点点能量的。新教材将之忽略的原因只是产生得太少以至于不足以合成ATP,就以热能的形式散发了。所以在高中阶段可以认为细胞无氧呼吸第二阶段有能量的释放但不合成ATP。 [2]

反应式:2C3H4O3+4[H]+酶→2C3H6O3(乳酸)+能量(少量) 或

2C3H4O3+4[H]+酶→2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量(少量)

酵解的己糖阶段,首先是葡萄糖在己糖激酶的催化下磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸,消耗一分子ATP,然后经异构酶催化转换为果糖-6-磷酸,再经果糖激酶催化再次磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸,又消耗一分子ATP;在丙糖阶段,果糖-1,6-二磷酸在醛缩酶催化下裂解生成磷酸二羟丙酮甘油醛-3-磷酸(两个磷酸丙糖在异构酶催化下可以相互转换),后者在甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化下生成1,3-二磷酸甘油酸,同时使NAD+还原为NADH,然后1,3-二磷酸甘油酸在甘油酸激酶催化的底物水平磷酸化反应中生成ATP和3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸经变位酶催化转换为2-磷酸甘油酸,再经烯醇化酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸,最后在丙酮酸激酶催化的又一次底物水平磷酸化反应中生成丙酮酸和ATP。

在厌氧条件下,通过丙酮酸的还原代谢使得NADH重新氧化为NAD+。在酵母的酒精发酵过程中,在丙酮酸脱羧酶催化下丙酮酸氧化脱羧生成乙醛,然后乙醛在乙醇脱氢酶的催化下被还原为乙醇,同时使NADH氧化生成NAD+。而在肌肉缺氧下的酵解过程中,乳酸脱氢酶催化丙酮酸转化为乳酸,同时也伴随着NADH重新氧化为NAD+

无氧呼吸:指细胞生活在无氧或缺氧的条件下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物不彻底的氧化分解成酒精或乳酸等,同时释放出能量的过程。这个过程没有分子氧参与,其氧化后的不完全氧化产物主要是酒精或乳酸。

无氧呼吸总反应式:

乳酸发酵:C6H12O6 --酶-→ 2C3H6O3(乳酸)+ 少量能量

酒精发酵:C6H12O6 --酶-→ 2C2H5OH(酒精)+ 2CO2 + 少量能量

有氧呼吸有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下,通过酶的催化作用,把糖类等有机物彻底氧化分解,产生出二氧化碳和水,同时释放出大量的能量的过程。有氧呼吸是高等动、植物进行呼吸作用的主要形式。

区别:有氧呼吸主要在线粒体内,而无氧呼吸主要在细胞基质内.。有氧呼吸需要分子氧参加,而无氧呼吸不需要分子氧参加。有氧呼吸分解产物是二氧化碳和水,无氧呼吸分解产物是酒精或者乳酸。有氧呼吸释放能量较多,无氧呼吸释放能量较少。

所有的动物植物都需要进行呼吸作用,动植物通过呼吸作用将体内的有机物进行分解,释放大量的能量满足生长和其他生命活的能源需求。 [3] 仔细分析呼吸作用的过程,不难发现,两种呼吸类型也是有共同点的。

1.从物质和能量的变化看,两者都是分解有机物释放能量。

2.从反应过程来看,这两种呼吸类型的第一步反应,都是在细胞质基质中把葡萄糖分解成丙酮酸。

3.从生物进化的角度看,原始地球的大气不含氧气。所以,那时候的生物的呼吸方式都为无氧呼吸。当蓝藻等自养型生物出现以后,大气中有了氧气,才出现了有氧呼吸。可见,有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上发展而成的。

从能量供应角度看,有氧呼吸每分解1mol葡萄糖,可以释放2870kJ的能量。而无氧呼吸分解1mol葡萄糖,只能释放196.65kJ的能量。对于需氧型生物来说,生命活动所需要的能量,大部分由有氧呼吸提供,无氧呼吸所提供的能量无法满足维持生物生命活动的需要。所以,对于提供能量来说,有氧呼吸要优于无氧呼吸。

从产物的角度看,有氧呼吸的终产物是二氧化碳和水,对生物体是无害的。而无氧呼吸的终产物是乳酸或酒精和二氧化碳。乳酸的形成,会使动物出现一些不良反应,如肌肉酸痛。乳酸过多还可能引起稳态的改变、乳酸中毒等。酒精对植物细胞有很强的毒害作用。所以,需氧型生物的无氧呼吸,基本上是为了帮助生物度过一些缺氧的不良环境,不能长时间地进行。所以,从终产物有无毒害这一角度看,有氧呼吸要优于无氧呼吸。

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