呼吸作用

呼吸作用是生物燃料在无机电子受体（如氧气）存在下被氧化以产生大量能量的过程，从而驱动 ATP 的大量生产。 呼吸作用可以描述为在生物体细胞中发生的一组代谢反应和过程，将化学能从营养物质转化为三磷酸腺苷 (ATP)，然后释放废物。

呼吸所涉及的反应是分解代谢反应，将大分子分解成较小的分子，释放能量。 呼吸是细胞释放化学能为细胞活动提供燃料的关键方式之一。 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。 虽然细胞呼吸在技术上是一种燃烧反应，但由于一系列反应缓慢、受控地释放能量，所以它是一种不寻常的反应。

动植物细胞在呼吸作用中常用的营养物质包括糖类、氨基酸和脂肪酸，最常见的氧化剂是分子氧（O2）。 储存在 ATP 中的化学能（其第三个磷酸基团与分子其余部分的键可以被破坏，从而形成更稳定的产物，从而释放能量供细胞使用）然后可用于驱动需要能量的过程，包括 分子跨细胞膜的生物合成、运动或运输。

有氧呼吸需要氧气 (O2) 才能产生 ATP。 尽管碳水化合物、脂肪和蛋白质作为反应物被消耗，但有氧呼吸是糖酵解中丙酮酸分解的首选方法，并且需要丙酮酸进入线粒体才能被柠檬酸循环完全氧化。 该过程的产物是二氧化碳和水，传递的能量用于破坏ADP中的键以添加第三个磷酸基团以形成ATP（三磷酸腺苷），通过底物水平磷酸化，NADH和FADH2

负的 ΔG 表明反应可以自发发生。

NADH 和 FADH2 的电位通过以氧和质子（氢）为末端电子受体的电子传输链转化为更多的 ATP。 有氧细胞呼吸产生的大部分 ATP 是由氧化磷酸化产生的。 释放的能量用于通过将质子泵过膜来产生化学渗透势。 然后，这种潜力被用来驱动 ATP 合酶并从 ADP 和磷酸基团中产生 ATP。 生物学教科书经常指出，在细胞呼吸过程中，每个氧化葡萄糖分子可以产生 38 个 ATP 分子（2 个来自糖酵解，2 个来自克雷布斯循环，大约 34 个来自电子传输系统）。 然而，由于膜渗漏造成的损失以及将丙酮酸和 ADP 转移到线粒体基质中的成本，这一xxx产量从未完全达到，目前的估计范围为每葡萄糖 29 至 30 ATP。

有氧代谢比无氧代谢（每 1 分子葡萄糖产生 2 分子 ATP）效率高 15 倍。 然而，一些厌氧生物，如产甲烷菌，能够继续进行厌氧呼吸，通过使用除氧以外的无机分子作为电子传递链中的最终电子受体，产生更多的 ATP。 它们共享糖酵解的初始途径，但有氧代谢继续进行克雷布斯循环和氧化磷酸化。 糖酵解后反应发生在真核细胞的线粒体和原核细胞的细胞质中。

尽管植物是二氧化碳的净消费者和通过光合作用产生氧气，但植物呼吸作用约占陆地生态系统每年产生的二氧化碳的一半。

糖酵解是一种代谢途径，发生在所有活生物体细胞的胞质溶胶中。 糖酵解可以按字面意思翻译为糖分解，并且在有氧或无氧存在的情况下发生。 在有氧条件下，该过程将一个葡萄糖分子转化为两个丙酮酸分子（丙酮酸），以两个 ATP 净分子的形式产生能量。 每个葡萄糖实际上产生了四个 ATP 分子，但在准备阶段消耗了两个分子。

葡萄糖的初始磷酸化需要增加反应性（降低其稳定性），以便分子被醛缩酶切割成两个丙酮酸分子。 在糖酵解的回报阶段，四个磷酸基团通过底物水平磷酸化转移到 ADP 上，生成四个 ATP，丙酮酸被氧化时产生两个 NADH。 整体反应可以这样表达：

葡萄糖 + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 丙酮酸 + 2 H+ + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O + 能量

从葡萄糖开始，1 个 ATP 用于向葡萄糖提供磷酸盐以产生葡萄糖 6-磷酸盐。