能量轉換：呼吸作用 摘要

探索生命《生物學》66

Dvorak Cello Concerto : Rostropovich Part 5

1.        新陳代謝metabolism是指活的細胞內一系列以酵素為媒介進行的反應。新陳代謝方面的反應可分為二類：合成代謝anabolism，這是建造分子的階段；以及分解代謝catabolism，打斷分子的階段。

2.        儲存在有機化合物內的位能被細胞用來作功之前，化合物必須透過一系列的反應斷裂，然後將儲存在化合物內的能量轉換成ATP。

3.        降解葡萄醣的第一個系列反應，稱為醣酵解作用glycolysis（步驟一Stage Ⅰ），反應過程包括將葡萄醣斷裂成2個丙酮酸pyruvic acid，產生2分子的NADH，和2個ATP分子。這個反應程序可在缺氧的環境下進行，因此稱為無氧的anaerobic。

4.        醣酵解產生的丙酮酸接下來的命運取決於細胞是否能供應充足的氧氣。如果細胞環境缺氧，丙酮酸可能被NADH還原形成CO2和乙醇ethyl alcohol或乳酸latic acid，這個程序稱為發酵fermentation；在發酵程序中產生的NAD⁺分子還可再進入醣酵解作用使用。

5.        在無氧的環境條件，丙酮酸能夠進一步被氧化，並且合成ATP；這個反應程序稱為無氧呼吸aerobic respiration。無氧呼吸起於斷裂2個丙酮酸分子，形成2個乙醯輔酶acetyl-CoA、二氧化碳CO2和NADH（步驟二StageⅡ）。

6.        接著，乙醯輔酶A進入克氏檸檬酸循環 Krebs citric acid cycle（步驟三StageⅢ）。克氏循環過程，2個碳以CO2的形式流失，合成1分子的ATP，受質化合物接收8顆電子與8顆氫原子，形成3個NADH分子和1個FADH2。因為1個葡萄醣分子產生2分子的乙醯輔酶A，因此每1個葡萄醣分子氧化會促成二次克氏循環。

7.        呼吸作用的最終步驟，電子從受質分子轉移到由電子傳遞鍊分子群構成的呼吸鍊respiratory chain，再由呼吸鍊傳遞給氧，氧再與電子、氫離子H⁺形成水（步驟四 Stage Ⅳ）。

8.        當電子沿著傳遞鍊輸送，所釋放的能量用於將氫離子H⁺從粒腺體的內腔室打出外腔室，建立粒腺體內層膜兩側的電化學梯度electrochemical gradient。

9.        在粒腺體內層膜上有特化的酵素複合物，稱為ATP合成酶 ATP synthetase，作為氫離子H⁺穿越膜的通道。當氫離子沿著由高濃度區域移往低濃度區域，穿越ATP合成酶，氫離子電化學梯度的能量會被釋放，並且用於合成ATP。

10.     一個葡萄醣分子經由代謝作用完全斷裂後會通常產生36個ATP分子，其中2個ATP來自於醣酵解作用，2個ATP來自於克氏循環，32個ATP來自於電子傳遞鍊的光磷酸化作用。

11.     細胞呼吸作用掠取葡萄醣39％的能量轉換成ATP，葡萄醣其餘的能量大多以熱的形式釋出。

12.     細胞只能夠吸收ATP的能量，因此脂質與蛋白質的能量必須轉化成ATP，脂質與蛋白質水解的產物能夠進入代謝路徑（葡萄醣的醣酵解路徑）。

13.     變溫動物ectothermic animals身體大部分的能量都流失到周遭環境，這類有機體的體溫與代謝速率會隨著環境而改變。

14.     內溫動物endothermic animals會保留代謝作用產生的熱，使身體保持恆定的體溫。他們的代謝速率與活動因此能保持在一個高而穩定的水準。

15.     能夠大致維持一定體溫的動物，稱為恆溫動物homeotherms。動物的體溫如果會有規律地改變，稱為異溫動物heterotherms。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》