细胞呼吸

细胞呼吸是一组代谢反应和过程发生在细胞的生物体转换化学能量从氧分子或营养物到三磷酸腺苷（ATP），然后释放废物。与呼吸有关的反应是分解代谢反应，将大分子分解为较小的分子，由于弱的高能键，特别是分子氧中的高能键，释放能量。被产品中更牢固的结合所取代。呼吸是细胞释放化学能以促进细胞活动的关键方法之一。整个反应发生在一系列生化步骤中，其中一些是氧化还原反应。尽管从技术上讲细胞呼吸是一种燃烧反应，但由于它是从一系列反应中缓慢而受控地释放能量，因此它显然不像在活细胞中发生的呼吸反应。

没有氧气、丙酮酸不会被细胞呼吸代谢，而是会经历发酵过程。丙酮酸不会转运到线粒体中，而是保留在细胞质中，然后转化为可以从细胞中去除的废物。这用于氧化电子载体的目的，使得它们可以再次进行糖酵解并除去过量的丙酮酸。发酵会将NADH氧化为NAD ^+，因此可以在糖酵解中重复使用。在没有氧气的情况下，发酵可防止NADH在细胞质中积累，并为糖酵解提供NAD ⁺。该废物取决于生物体。在骨骼肌中，废物是乳酸。这种发酵称为乳酸发酵。在剧烈运动中，当能量需求超过能量供应时，呼吸链无法处理由NADH连接的所有氢原子。在厌氧糖酵解期间，当氢对与丙酮酸结合形成乳酸时，NAD ⁺再生。乳酸脱氢酶在可逆反应中催化乳酸的形成。乳酸也可以用作肝糖原的间接前体。在恢复过程中，当有氧气可用时，NAD ⁺会与乳酸中的氢附着形成ATP。在酵母中，废物是乙醇和二氧化碳。这种发酵称为酒精发酵或乙醇发酵。在此过程中生成的ATP是通过不需要氧气的底物级磷酸化而制得的。

发酵利用葡萄糖产生的能量效率较低：与有氧呼吸名义上产生的38 ATP /葡萄糖相比，每个葡萄糖仅产生2 ATP。这是因为有氧呼吸的大部分能量来自O ₂及其相对较弱的高能量双键。但是，糖酵解ATP的创建速度更快。为了使原核生物在从有氧环境转变为厌氧环境时继续保持快速的生长速度，必须提高糖酵解反应的速度。对于多细胞生物，在短暂的剧烈运动中，肌肉细胞通过发酵来补充有氧呼吸速度较慢所产生的ATP，因此即使在氧水平耗尽之前，细胞也可以使用发酵，例如在体育运动中不需要运动员像冲刺那样适应自己的节奏。

细胞呼吸是生物燃料在高能无机电子受体（例如氧气）存在下被氧化以产生大量能量，从而推动ATP大量生产的过程。

厌氧呼吸被某些微生物使用，其中氧气或丙酮酸衍生物（发酵）都不是高能最终电子受体。而是使用无机受体，例如硫酸盐（SO42-）、硝酸盐（NO3-）或硫（S）。种生物通常在不寻常的地方发现，例如水下洞穴或海底热液喷口附近。

2019年7月，加拿大基德（Kidd）矿的一项科学研究发现了呼吸硫的生物，它们生活在地表以下7900英尺处，并且为了生存而呼吸硫。由于消耗矿物质如黄铁矿作为它们的食物来源，这些生物也很引人注目。