第四章 呼吸作用与能量代谢
?生命与能量
?生物的呼吸作用
第一节 生命与能量
? 生命活动需要能量
? 生命的存在要靠能量,生物
本身不能创造新的能量。几
乎所有地球生命所需要的能
量都来自太阳。
? 生态系统中能量的流动是由
多样化的生命过程完成的。
? 代谢是化学物质和能量的转化过程
一、生物有序性与自由能
自由能：一种能在恒温恒压下作功的能量。
G=H-TS
G— 自由能,H— 热含量,T— 绝对温度,S— 熵
热力学第二定律：所有自发过程总是伴随自由能的
降低，即熵的增加，系统的无序性增大！
生物有序性
生物 ----开放系统，与环境进行 物质与能量的交换
生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗
争。
二,ATP的结构与功能
? 1、腺嘌呤核苷三磷酸 (ATP)
ATP
ATP水解时，一个高能磷酸键
断裂同时释放出能量
ATP + H2O ——> ADP+Pi
?G = -33.44 KJ/mol
NH2
?ATP的生成
ADP + P ATP 此过程称为 磷酸化
若磷酸化所需能量来自化合物的氧化分解 -----氧化磷酸化
若磷酸化所需能量来自光能 -----光合磷酸化
细胞利用
ATP完成各
种工作
2,ATP的生理功能
ATP是生物
体内各种生
化反应的直
接能源
例,Ca2+的
过膜运输
活细胞是一个微小的化学工业园
? 在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应
? 代谢是生物体内所有化学反应过程的总称
? 细胞复杂的结构特别是膜的结构固定了各代谢反
应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制
和调节。
代谢途径就像复杂道路交通图
第二节 生物的呼吸作用
细胞呼吸 ---是生物体通过生物氧化获取化学能的过程。
有机化合物 +O2→CO 2+能量
不同于呼吸运动，但 通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是
相互关联的。
生物氧化 --糖、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧
化分解，并释放能量的过程。
生物氧化与化学氧化的区别,
生物氧化 分步骤 进行、温和、由 酶 催化、产
生能量贮存在 ATP 中，能量利用率高。
一、无氧呼吸
1、糖酵解 ----由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。
葡萄糖氧化的第一阶段。
乳酸或乙醇等 进入线粒体进一步氧化为 CO2和 H
2O,释放更多能量
2.发酵途径
1）酒精发酵
糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和二氧化碳
酵母、植物细胞 （例：酿酒、劳糟）
2）乳酸发酵
糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸
乳酸菌、高等动物细胞 (例：泡菜、人剧烈运动 )
人体细胞的呼吸过程
? 慢跑,细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，
同时产生二氧化碳和水
? 快跑,细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳
丙酮酸 乙酰辅酶 A+CO2+NADH + H+。氧化脱羧
1）柠檬酸循环 [三羧酸循环 (TCA循环 ), Krebs循环 ]
是乙酰 CoA脱羧、脱氢最终生成 CO2的过程
1分子丙酮酸经有氧呼吸可生成 15个 ATP,整个有
氧代谢 1分子葡萄糖可产生 38个 ATP。
进入
二,.有氧呼吸 (线粒体内 )
柠檬酸循环是三大物质代谢的中心
1,电子传递链,
线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为
呼吸链 。
目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是：
2、氧化磷酸化
由物质氧化释放能量，供给 ADP磷酸化合成 ATP的
偶联反应称为氧化磷酸化。
底物（ S） →NAD +→FMN→CoQ→Fe -S→Cytb→Cytc 1→Cytc→Cyta→Cyta 3→1/2O 2
2）电子传递和氧化磷酸化
糖酵解：
底物水平的磷酸化 4个 ATP，
己糖活化消耗 2个 ATP，
脱氢反应产生 2个 NADH，
可得 6或 8个 ATP
Krebs循环：
底物水平的磷酸化 2个 ATP，
脱氢反应产生 8个 NADH和 2个
FADH2，
可得 30个 ATP
能量统计：
1分子葡萄糖彻底氧化分解共得,36或 38个 ATP
TCA 再利用
丙酮酸 +辅酶 A（ CoA）
葡萄糖
酵解
三
羧
酸
循
环
? 三羧酸循环是
三大物质代谢的中心
电子传递链及结果
?
底物水平磷酸化
?在磷酸化过程中，相关的酶将底物分
子上的磷酸基团直接转移到 ADP分子上
?生命与能量
?生物的呼吸作用
第一节 生命与能量
? 生命活动需要能量
? 生命的存在要靠能量,生物
本身不能创造新的能量。几
乎所有地球生命所需要的能
量都来自太阳。
? 生态系统中能量的流动是由
多样化的生命过程完成的。
? 代谢是化学物质和能量的转化过程
一、生物有序性与自由能
自由能：一种能在恒温恒压下作功的能量。
G=H-TS
G— 自由能,H— 热含量,T— 绝对温度,S— 熵
热力学第二定律：所有自发过程总是伴随自由能的
降低，即熵的增加，系统的无序性增大！
生物有序性
生物 ----开放系统，与环境进行 物质与能量的交换
生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗
争。
二,ATP的结构与功能
? 1、腺嘌呤核苷三磷酸 (ATP)
ATP
ATP水解时，一个高能磷酸键
断裂同时释放出能量
ATP + H2O ——> ADP+Pi
?G = -33.44 KJ/mol
NH2
?ATP的生成
ADP + P ATP 此过程称为 磷酸化
若磷酸化所需能量来自化合物的氧化分解 -----氧化磷酸化
若磷酸化所需能量来自光能 -----光合磷酸化
细胞利用
ATP完成各
种工作
2,ATP的生理功能
ATP是生物
体内各种生
化反应的直
接能源
例,Ca2+的
过膜运输
活细胞是一个微小的化学工业园
? 在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应
? 代谢是生物体内所有化学反应过程的总称
? 细胞复杂的结构特别是膜的结构固定了各代谢反
应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制
和调节。
代谢途径就像复杂道路交通图
第二节 生物的呼吸作用
细胞呼吸 ---是生物体通过生物氧化获取化学能的过程。
有机化合物 +O2→CO 2+能量
不同于呼吸运动，但 通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是
相互关联的。
生物氧化 --糖、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧
化分解，并释放能量的过程。
生物氧化与化学氧化的区别,
生物氧化 分步骤 进行、温和、由 酶 催化、产
生能量贮存在 ATP 中，能量利用率高。
一、无氧呼吸
1、糖酵解 ----由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。
葡萄糖氧化的第一阶段。
乳酸或乙醇等 进入线粒体进一步氧化为 CO2和 H
2O,释放更多能量
2.发酵途径
1）酒精发酵
糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和二氧化碳
酵母、植物细胞 （例：酿酒、劳糟）
2）乳酸发酵
糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸
乳酸菌、高等动物细胞 (例：泡菜、人剧烈运动 )
人体细胞的呼吸过程
? 慢跑,细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，
同时产生二氧化碳和水
? 快跑,细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳
丙酮酸 乙酰辅酶 A+CO2+NADH + H+。氧化脱羧
1）柠檬酸循环 [三羧酸循环 (TCA循环 ), Krebs循环 ]
是乙酰 CoA脱羧、脱氢最终生成 CO2的过程
1分子丙酮酸经有氧呼吸可生成 15个 ATP,整个有
氧代谢 1分子葡萄糖可产生 38个 ATP。
进入
二,.有氧呼吸 (线粒体内 )
柠檬酸循环是三大物质代谢的中心
1,电子传递链,
线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为
呼吸链 。
目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是：
2、氧化磷酸化
由物质氧化释放能量，供给 ADP磷酸化合成 ATP的
偶联反应称为氧化磷酸化。
底物（ S） →NAD +→FMN→CoQ→Fe -S→Cytb→Cytc 1→Cytc→Cyta→Cyta 3→1/2O 2
2）电子传递和氧化磷酸化
糖酵解：
底物水平的磷酸化 4个 ATP，
己糖活化消耗 2个 ATP，
脱氢反应产生 2个 NADH，
可得 6或 8个 ATP
Krebs循环：
底物水平的磷酸化 2个 ATP，
脱氢反应产生 8个 NADH和 2个
FADH2，
可得 30个 ATP
能量统计：
1分子葡萄糖彻底氧化分解共得,36或 38个 ATP
TCA 再利用
丙酮酸 +辅酶 A（ CoA）
葡萄糖
酵解
三
羧
酸
循
环
? 三羧酸循环是
三大物质代谢的中心
电子传递链及结果
?
底物水平磷酸化
?在磷酸化过程中，相关的酶将底物分
子上的磷酸基团直接转移到 ADP分子上
