6 细胞呼吸 ——能量的收获
6.1 细胞呼吸产生能量
6.2 细胞呼吸的化学过程
6.3 ATP形成机理和能量形成的统计
6.4 其它营养物质的转化
?细胞呼吸是生物体获得能量的主要
代谢途径
?细胞呼吸是一种氧化反应
有机化合物 +O2→CO 2+能量
?“燃料”包括糖类、脂肪、蛋白质
等
C6H12O6+6O2→6CO 2+6H2O+能量（ ATP+热量）
?细胞呼吸主要在线粒体中进行，温
和条件和酶的参与调控
6.1 细胞呼吸产生能量
? 生命活动需要能量
? 在有氧环境中，酵母细胞消耗
氧气来分解葡萄糖并获得能量，
同时产生二氧化碳
? 在缺氧环境中，酵母菌将葡萄
糖分解成酒精（乙醇）和二氧
化碳
? 在有氧环境中，食物分子被充
分氧化，可产生比无氧环境更
多的能量
? 酵母菌发酵与细胞有氧呼吸
? 发酵是典型的细胞呼吸过程
? 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
? 人体细胞的呼吸过程
? 细胞呼吸定义为生物细胞消耗氧气来分解食物分
子并获得能量的过程。
? 通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是相互关联的
? 呼吸运动与细胞呼吸
? 获得电子 —— 还原反应；失去电子 —— 氧化反应
? 氧化还原反应 —— 细胞中氢及其电子从一个化合
物向另一个化合物转移
? 氧化还原反应是呼吸作用和光合作用等代谢中最
基本的反应
? 氧化还原反应
? 被转移的氢原子所携带的能量储藏在新化学键中
? 氧化还原反应
XH2 (还原型底物 )＋ NAD+→X( 氧化型底物 )＋ NADH＋ H+
XH2 (还原型底物 )＋ NADP+→X( 氧化型底物 )＋ NADPH＋ H+
XH2 (还原型底物 )＋ FAD+→X( 氧化型底物 )＋ FADH2
? 还原态的 NADH,NADPH和 FADH2等还可将所接受的
电子和氢传递给其他传递体如细胞色素, 辅酶 Q
等
? 储藏在葡萄糖等食物分子中
的化学能经细胞呼吸释放,
以高能磷酸键的形式贮藏在
ATP分子中 。
? 葡萄糖中大约 40-50%的能量
被转化储存在 ATP中, 而汽车
发动机只有 15-25%转化为动
能, 细胞呼吸的产能效率高 。
? ATP的产生和应用
? 在生物体中, ATP不断地消耗和再生, 维持着生命
的高度有序状态
? 动物细胞呼吸的, 燃料,
? ATP的产生和应用
ATP和 ADP分子的相互转换
? 一个人每天大约需要消耗 45 Kg ATP,但每一时刻
贮存在人体里的 ATP不到 1g。 即每个细胞每秒钟大
约可形成一千万个 ATP,同时有同样量的 ATP被水解
? 每摩尔 ATP 水解形成 ADP,可产生 7.3 Kcal/mol 的
能量 。 一个成年人每天摄入的食物分子经过细胞呼
吸形成的 ATP,可提供大约 2200 Kcal的能量
? ATP的产生和应用
?细胞呼吸是由一系列化
学反应组成的一个连续
完整的代谢过程
?每一步化学反应都需要
特定的酶参与才能完成
?细胞呼吸的 3个阶段
6.2 细胞呼吸的化学过程
? 概述
?发生在细胞质中的 9步反应。
?参与化合物：①葡萄糖，② ADP和磷
酸，③ NAD+。起始阶段还需要消耗 2
分子 ATP 来启动，但后期共产出 4分
子 ATP，还形成高能化合物 NADH。最
终产物是丙酮酸。
?糖酵解将六碳的葡萄糖分解成 2个三
碳的丙酮酸，净产生 2个 ATP，生成 1
分子 NADH，糖酵解不需要氧参与。
? 糖酵解
?发生在线粒体中。
?分解丙酮酸形成 2分
子 CO2,8个 H,3分子
NADH和 1分子 FADH2，
及 1分子 ATP。
?Krebs循环也是放能
反应过程
? Krebs循环
?电子传递链就是通过一系列的氧化还原反应，将高能
电子从 NADH 和 FADH2最终传递给分子氧，同时随着电
子能量水平的逐步下降，高能电子所释放的化学能就
通过磷酸化途径贮存到 ATP分子中
? 电子传递链和氧化磷酸化
?电子传递链又称呼吸链，主要成分是线粒体内膜上的
蛋白复合物，这些复合物包含了一系列的电子传递体。
? 电子传递链和氧化磷酸化
?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
6.3 ATP形成机理和能量形成的统计
? 底物水平的磷酸化
?1961年, 英国科学家 Mitchell提出 化学渗透学说 由
此荣获 1978年的诺贝尔奖 。
? 化学渗透学说
?当线粒体内膜上的呼吸链进行
电子传递时, 电子能量逐步降
低, 脱下的 H+质子便穿过膜从
线粒体的基质进入到内膜外的
腔中, 造成跨膜的质子梯度
（ 浓度差 ）, 导致化学渗透发
生, 即质子顺梯度从外腔经内
膜通道 （ ATP合成酶 ） 而返回
到线粒体的基质中, 所释放的
能使 ADP与磷酸结合生成 ATP。
? 糖酵解：底物水平的磷酸
化产生 4个 ATP,己糖活化
消耗 2个 ATP,脱氢反应产
生 2个 NADH,经电子传递
链生成 4或 6个 ATP
? Krebs循环：底物水平的
磷酸化产生 2个 ATP,脱氢
反应产生 8个 NADH和 2个
FADH2,8个 NADH经电子传
递链生成 24个 ATP,2个
FADH2经电子传递链生成 4
个 ATP。
? 1分子葡萄糖彻底氧化分解所形成的能量统计
在呼吸链电子传递过程中，每分子 NADH产生 3分
子 ATP，每分子 FADH2产生 2分子 ATP,1分子葡萄糖通
过有氧呼吸共形成 36或 38个 ATP。整个有氧呼吸过程
净产生 36还是 38个 ATP取决于糖酵解阶段产生于细胞
质中的 NADH穿过线粒体膜进入呼吸链时是否消耗能
量，按甘油磷酸环路穿过线粒体膜需要消耗 2分子
ATP，按苹果酸 -天冬氨酸环路则不需要消耗 ATP。
6.3 ATP形成机理和能量形成的统计
?生物大分子需要经过
消化作用生成单体小
分子的葡萄糖, 氨基
酸或脂肪酸等
?消化作用常常发生在
细胞外, 而不是在细
胞质内, 它是一种在
酶作用下的水解过程
6.4 其他营养物质的氧化
? 消化作用
? 氨基酸与脂肪酸的氧
化是先转变为某种中
间产物，然后进入糖
酵解或三羧酸循环。
? 氨基酸脱氨变成三羧
酸循环中的有机酸
? 脂肪酸可以与辅酶 A结
合后氧化生成乙酰辅
酶 A而进入三羧酸循环
? 甘油则可以转变为 磷
酸甘油醛 进入糖酵解
过程
? 蛋白质和脂肪的氧化
?食物分子的氧化分
解即细胞呼吸过程
捕获能量；
?食物分子的分解又
为生物大分子的合
成和细胞、组织和
生物体的组成提供
原料
? 营养物质的分解可提供生物分子合成的原料
细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径，主要在线粒体中进行，
在温和条件和酶的参与调控下，通过一系列氧化还原反应，将储藏在葡
萄糖等中的化学能释放，并以高能磷酸键的形式贮藏在 ATP分子中。
细胞呼吸的化学过程包括 3个阶段。糖酵解发生在细胞质中，将 1分
子葡萄糖分解成 2分子丙酮酸。 Krebs循环发生在线粒体中，进一步分解
丙酮酸形成二氧化碳,NADH和 FADH2。通过第三阶段电子传递链，储存于
NADH和 FADH2的高能电子沿分布于线粒体膜上的呼吸链传递，最后达到分
子氧，高能电子逐步释放的能量合成了更多的 ATP。
生物细胞通过底物水平磷酸化和与电子传递系统偶联的磷酸化 2种途
径合成 ATP。底物水平的磷酸化是相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接
转移到 ADP分子上。与电子传递系统偶联的磷酸化涉及化学渗透过程。通
过上述 2种磷酸化途径,1分子葡萄糖通过有氧呼吸共形成 36或 38个 ATP。
蛋白质中的氨基酸与脂肪中的脂肪酸氧化是先转变为某种中间产物，
然后进入糖酵解或三羧酸循环。食物分子的氧化分解捕获能量，分解产
物又为生物大分子的合成和细胞、组织和生物体的组成提供原料。
本章摘要
6.1 细胞呼吸产生能量
6.2 细胞呼吸的化学过程
6.3 ATP形成机理和能量形成的统计
6.4 其它营养物质的转化
?细胞呼吸是生物体获得能量的主要
代谢途径
?细胞呼吸是一种氧化反应
有机化合物 +O2→CO 2+能量
?“燃料”包括糖类、脂肪、蛋白质
等
C6H12O6+6O2→6CO 2+6H2O+能量（ ATP+热量）
?细胞呼吸主要在线粒体中进行，温
和条件和酶的参与调控
6.1 细胞呼吸产生能量
? 生命活动需要能量
? 在有氧环境中，酵母细胞消耗
氧气来分解葡萄糖并获得能量，
同时产生二氧化碳
? 在缺氧环境中，酵母菌将葡萄
糖分解成酒精（乙醇）和二氧
化碳
? 在有氧环境中，食物分子被充
分氧化，可产生比无氧环境更
多的能量
? 酵母菌发酵与细胞有氧呼吸
? 发酵是典型的细胞呼吸过程
? 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
? 人体细胞的呼吸过程
? 细胞呼吸定义为生物细胞消耗氧气来分解食物分
子并获得能量的过程。
? 通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是相互关联的
? 呼吸运动与细胞呼吸
? 获得电子 —— 还原反应；失去电子 —— 氧化反应
? 氧化还原反应 —— 细胞中氢及其电子从一个化合
物向另一个化合物转移
? 氧化还原反应是呼吸作用和光合作用等代谢中最
基本的反应
? 氧化还原反应
? 被转移的氢原子所携带的能量储藏在新化学键中
? 氧化还原反应
XH2 (还原型底物 )＋ NAD+→X( 氧化型底物 )＋ NADH＋ H+
XH2 (还原型底物 )＋ NADP+→X( 氧化型底物 )＋ NADPH＋ H+
XH2 (还原型底物 )＋ FAD+→X( 氧化型底物 )＋ FADH2
? 还原态的 NADH,NADPH和 FADH2等还可将所接受的
电子和氢传递给其他传递体如细胞色素, 辅酶 Q
等
? 储藏在葡萄糖等食物分子中
的化学能经细胞呼吸释放,
以高能磷酸键的形式贮藏在
ATP分子中 。
? 葡萄糖中大约 40-50%的能量
被转化储存在 ATP中, 而汽车
发动机只有 15-25%转化为动
能, 细胞呼吸的产能效率高 。
? ATP的产生和应用
? 在生物体中, ATP不断地消耗和再生, 维持着生命
的高度有序状态
? 动物细胞呼吸的, 燃料,
? ATP的产生和应用
ATP和 ADP分子的相互转换
? 一个人每天大约需要消耗 45 Kg ATP,但每一时刻
贮存在人体里的 ATP不到 1g。 即每个细胞每秒钟大
约可形成一千万个 ATP,同时有同样量的 ATP被水解
? 每摩尔 ATP 水解形成 ADP,可产生 7.3 Kcal/mol 的
能量 。 一个成年人每天摄入的食物分子经过细胞呼
吸形成的 ATP,可提供大约 2200 Kcal的能量
? ATP的产生和应用
?细胞呼吸是由一系列化
学反应组成的一个连续
完整的代谢过程
?每一步化学反应都需要
特定的酶参与才能完成
?细胞呼吸的 3个阶段
6.2 细胞呼吸的化学过程
? 概述
?发生在细胞质中的 9步反应。
?参与化合物：①葡萄糖，② ADP和磷
酸，③ NAD+。起始阶段还需要消耗 2
分子 ATP 来启动，但后期共产出 4分
子 ATP，还形成高能化合物 NADH。最
终产物是丙酮酸。
?糖酵解将六碳的葡萄糖分解成 2个三
碳的丙酮酸，净产生 2个 ATP，生成 1
分子 NADH，糖酵解不需要氧参与。
? 糖酵解
?发生在线粒体中。
?分解丙酮酸形成 2分
子 CO2,8个 H,3分子
NADH和 1分子 FADH2，
及 1分子 ATP。
?Krebs循环也是放能
反应过程
? Krebs循环
?电子传递链就是通过一系列的氧化还原反应，将高能
电子从 NADH 和 FADH2最终传递给分子氧，同时随着电
子能量水平的逐步下降，高能电子所释放的化学能就
通过磷酸化途径贮存到 ATP分子中
? 电子传递链和氧化磷酸化
?电子传递链又称呼吸链，主要成分是线粒体内膜上的
蛋白复合物，这些复合物包含了一系列的电子传递体。
? 电子传递链和氧化磷酸化
?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
6.3 ATP形成机理和能量形成的统计
? 底物水平的磷酸化
?1961年, 英国科学家 Mitchell提出 化学渗透学说 由
此荣获 1978年的诺贝尔奖 。
? 化学渗透学说
?当线粒体内膜上的呼吸链进行
电子传递时, 电子能量逐步降
低, 脱下的 H+质子便穿过膜从
线粒体的基质进入到内膜外的
腔中, 造成跨膜的质子梯度
（ 浓度差 ）, 导致化学渗透发
生, 即质子顺梯度从外腔经内
膜通道 （ ATP合成酶 ） 而返回
到线粒体的基质中, 所释放的
能使 ADP与磷酸结合生成 ATP。
? 糖酵解：底物水平的磷酸
化产生 4个 ATP,己糖活化
消耗 2个 ATP,脱氢反应产
生 2个 NADH,经电子传递
链生成 4或 6个 ATP
? Krebs循环：底物水平的
磷酸化产生 2个 ATP,脱氢
反应产生 8个 NADH和 2个
FADH2,8个 NADH经电子传
递链生成 24个 ATP,2个
FADH2经电子传递链生成 4
个 ATP。
? 1分子葡萄糖彻底氧化分解所形成的能量统计
在呼吸链电子传递过程中，每分子 NADH产生 3分
子 ATP，每分子 FADH2产生 2分子 ATP,1分子葡萄糖通
过有氧呼吸共形成 36或 38个 ATP。整个有氧呼吸过程
净产生 36还是 38个 ATP取决于糖酵解阶段产生于细胞
质中的 NADH穿过线粒体膜进入呼吸链时是否消耗能
量，按甘油磷酸环路穿过线粒体膜需要消耗 2分子
ATP，按苹果酸 -天冬氨酸环路则不需要消耗 ATP。
6.3 ATP形成机理和能量形成的统计
?生物大分子需要经过
消化作用生成单体小
分子的葡萄糖, 氨基
酸或脂肪酸等
?消化作用常常发生在
细胞外, 而不是在细
胞质内, 它是一种在
酶作用下的水解过程
6.4 其他营养物质的氧化
? 消化作用
? 氨基酸与脂肪酸的氧
化是先转变为某种中
间产物，然后进入糖
酵解或三羧酸循环。
? 氨基酸脱氨变成三羧
酸循环中的有机酸
? 脂肪酸可以与辅酶 A结
合后氧化生成乙酰辅
酶 A而进入三羧酸循环
? 甘油则可以转变为 磷
酸甘油醛 进入糖酵解
过程
? 蛋白质和脂肪的氧化
?食物分子的氧化分
解即细胞呼吸过程
捕获能量；
?食物分子的分解又
为生物大分子的合
成和细胞、组织和
生物体的组成提供
原料
? 营养物质的分解可提供生物分子合成的原料
细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径，主要在线粒体中进行，
在温和条件和酶的参与调控下，通过一系列氧化还原反应，将储藏在葡
萄糖等中的化学能释放，并以高能磷酸键的形式贮藏在 ATP分子中。
细胞呼吸的化学过程包括 3个阶段。糖酵解发生在细胞质中，将 1分
子葡萄糖分解成 2分子丙酮酸。 Krebs循环发生在线粒体中，进一步分解
丙酮酸形成二氧化碳,NADH和 FADH2。通过第三阶段电子传递链，储存于
NADH和 FADH2的高能电子沿分布于线粒体膜上的呼吸链传递，最后达到分
子氧，高能电子逐步释放的能量合成了更多的 ATP。
生物细胞通过底物水平磷酸化和与电子传递系统偶联的磷酸化 2种途
径合成 ATP。底物水平的磷酸化是相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接
转移到 ADP分子上。与电子传递系统偶联的磷酸化涉及化学渗透过程。通
过上述 2种磷酸化途径,1分子葡萄糖通过有氧呼吸共形成 36或 38个 ATP。
蛋白质中的氨基酸与脂肪中的脂肪酸氧化是先转变为某种中间产物，
然后进入糖酵解或三羧酸循环。食物分子的氧化分解捕获能量，分解产
物又为生物大分子的合成和细胞、组织和生物体的组成提供原料。
本章摘要
