当前课程知识点：现代生物学导论 > 第四讲 能量和代谢 > 4.6 细胞呼吸 > 4.6 细胞呼吸
好，在这一小节呢和下一小节中呢
我们将举两个最著名的代谢的例子
那么这一小节中呢我们介绍细胞呼吸
下一小节呢我们介绍光合作用
细胞呼吸就是把我们吃的食物分解，产生能量
这一过程需要有氧的参与
这是细胞呼吸的反应式，反应物是葡萄糖和氧气
产生水、二氧化碳和ATP
细胞呼吸主要分为3个步骤
第一个是糖酵解
第二个是丙酮酸氧化和三羧酸循环
第三个是氧化磷酸化，包括电子传递和化学渗透
那么糖酵解的过程呢主要发生在细胞质中
主要是把6个碳的葡萄糖转化为3个碳的丙酮酸
这一过程产生2分子的ATP，同时把高能量的电子转移给NAD
产生的丙酮酸然后通过扩散作用进入线粒体
在线粒体中，丙酮酸被丙酮酸脱氢酶复合体氧化成乙酰辅酶A
从3个碳的化合物变成了2个碳的化合物，释放出CO2
乙酰辅酶A然后进入三羧酸循环
进一步被降解成CO2，产生了2分子的ATP
在糖酵解和三羧酸循环中产生的ATP
这种ATP的产生方式叫做底物水平磷酸化
底物水平磷酸化是酶把一个底物的磷酸基团转移到ADP上，形成ATP
在糖酵解和三羧酸循环中，有的反应是氧化还原反应
在这些反应中，脱氢酶把电子从底物转移到NAD，形成NADH
NAD是一种辅酶，NAD+是一个很好的电子携带者
因为它可以很好地在氧化和还原之间转化
同时，高能量的电子也被转移给FAD
FAD是一种参与了重要的代谢反应的氧化还原辅酶
FAD是一种比NAD更强的氧化剂
NADH和FADH2具有高能量的电子
它们将把这些电子送入电子传递链
所以，葡萄糖中化学键中的能量，主要集中在NAD和FAD上
电子传递链主要是由一系列蛋白构成的
这些蛋白质中的能量把质子，即H离子泵到线粒体的膜间隙
然后通过ATP合成酶合成ATP
在这一步骤中，产生32分子的ATP
这种ATP的合成方式被称为氧化磷酸化
和前面的底物水平磷酸化是不同的
因为这个反应是由电子传递链的氧化还原反应所支持的
直接把无机磷和ADP结合形成ATP
氧化磷酸化发生在线粒体的内膜上，产生呼吸作用中90%的ATP
那么为什么这一过程中产生这么多的ATP呢
NADH和FADH2把电子传递到电子传递链上
当它们每次进行电子传递时，都将泵出质子到膜间隙
所以，会有大量的H离子积累在膜间隙
那么这些带正电的H从ATP合成酶复合体进入，进入以后呢
改变了复合体亚基的构型，从而激活了ATP合成酶的催化部分
把ADP和无机P反应，产生了ATP
那么这个复合体就像一个旋转器一样，每次进入一个质子
和其结合，旋转，结合一个无机磷，把ADP转化成ATP
那么这一过程是通过化学渗透作用实现的
什么是化学渗透呢
化学渗透是离子经过半透膜扩散的现象
由较多离子的区域渗入较少离子区域，直到内外浓度平衡为止
那么通过H离子电化学梯度中的能量来产生ATP
O作为最终的电子接受者
接受H离子后，形成水，是电子传递链的副产物
细胞呼吸过程中所有的高能量电子携带者
把电子转移到电子传递链
那么通过这个过程，产生大量的ATP
综上所述，我们描述了葡萄糖分子中的能量通过细胞呼吸产生了ATP
O作为终端电子接受者，形成水
那么呼吸过程中如果没有氧气怎么办
我们前面讲到细胞呼吸过程需要大量的O
在没有O的情况下
部分细胞将会使用两种机制来氧化有机物，产生ATP
一种是无氧呼吸，另外一种是发酵
这两者的区别就是无氧呼吸有电子传递链
而发酵不需要使用电子传递链
电子传递链有的时候也叫做呼吸链，因为在有氧和无氧呼吸中都起作用
有的原核生物使用无氧呼吸
它们使用电子传递链但是不使用O作为最终的电子受体
O之所以能参加反应是因为它的电负性较高
但是有些电负性稍低于O的物质也可以作为最终的电子受体
比如一种海洋中的细菌就可以把S离子作为电子受体
发酵是一种把糖转化为酸，气体或酒精的这么一种代谢方式
它主要发生在酵母和细菌中，在肌肉细胞中也会发生
发酵包括糖酵解反应和通过把电子从NADH
转移到丙酮酸或丙酮酸衍生物上来产生NAD+的反应
产生的NAD可以被重新使用，通过糖酵解来氧化糖类
我们这里主要讨论两种发酵
一种是酒精发酵，另一种是乳酸发酵
在酒精发酵中，丙酮酸分成两步被转化成酒精
酵母就使用的是酒精发酵，人类利用酵母的这个特点进行酿酒和烘焙
在乳酸发酵中，丙酮酸被NADH还原为乳酸，不释放CO2
酵母和细菌的这一特点被用来制造奶酪和酸奶
当氧气缺少的时候呢，人类的肌肉细胞利用乳酸发酵来产生能量
那么这种情况发生在高强度的运动中
当通过糖代谢产生的ATP的速度
超过了肌肉细胞从血液中获得O的速度
在这种情况下，细胞从有氧呼吸转换到发酵
运动中肌肉出现酸痛，以前被认为是由于乳酸积累
但是近来的研究表明呢积累的过多的这个K离子也会导致肌肉酸痛
多余的乳酸逐渐被血液运送到肝脏，重新产生丙酮酸
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
