能量的流轉

細胞呼吸作用(cellular respiration)

• 是生物能量轉換和釋放的作用
• 細胞分解葡萄糖、脂肪酸等有機化合物以獲得能量的作用
• 分為有氧呼吸和無氧呼吸兩類

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呼吸作用的類別

葡萄糖→2丙酮酸

6CO₂ + 6H₂O + 36ATP

2酒精 + 2 CO₂ + 2ATP

2乳酸 + 2ATP

無氧狀態

（無氧呼吸）

（有氧呼吸）

有氧狀態

細胞呼吸作用(cellular respiration)

• 有氧呼吸(aerobic respiration)
• 糖解作用：細胞質
• 檸檬酸循環(克氏循環)：粒線體
• 電子傳遞暨ATP形成：粒線體內膜
• 無氧呼吸(anaerobic respiration)
• 酒精發酵
• 乳酸發酵

有氧呼吸

• C₆H₁₂O₆+6O₂ 6CO₂+12H₂O+36ATP
• 粒線體是細胞內呼吸作用的主要場所
• 呼吸作用可分為：
• 糖解作用：細胞質
• 檸檬酸循環(克氏循環)：粒線體
• 電子傳遞暨ATP形成：粒線體內膜
• ​

有氧呼吸的主要過程

糖解作用

• 於細胞質進行
• C₆H₁₂O₆2*丙酮酸(3C)+2*NADH+2*ATP

形成乙醯輔酶A進克氏循環

檸檬酸循環(克氏循環)

OAA

檸檬酸循環�(克氏循環)

• 於粒線體的基質內進行
• 丙酮酸(3C)+輔酶A(Co-A) 乙醯輔酶A +NADH+ CO₂
• 進入克氏循環，乙醯輔酶A會脫去輔酶A，形成2C+4C的第一個6C反應物檸檬酸，故稱檸檬酸循環
• 每分子的丙酮酸(3C)產生
• 3NADH+1NADH
• 1ATP
• 1FADH₂

電子傳遞

• 於粒線體的內膜上進行
• NADH、FADH₂經膜上電子傳遞，分別氧化為NAD+、FAD 並釋出能量
• 此能量將H+唧到內膜與外膜中，用於形成H+濃度差，誘使ATP合成酶啟動，合成ATP—氧化磷酸化
• 電子被氧接收並形成水。

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有氧呼吸能量所得

• 糖解作用：
• 2ATP
• 2NADH：4 ATP
• 克氏循環：
• 2*4NADH：24 ATP
• 2*1FADH₂： 4 ATP
• 2*1ATP： 2ATP
• 故一個C₆H₁₂O₆可得36ATP
• ATP形成方式：化學滲透(H⁺ 濃度差造成)

有氧呼吸的能量總帳

無氧呼吸

• 發酵作用：於細胞質中完成糖解作用
• 酒精發酵
• 酵母菌
• C₆H₁₂O₆2C₂H₅OH+2CO₂+2ATP
• 乳酸發酵
• 乳酸菌
• C₆H₁₂O₆2CH₃CHOHCOOH+2ATP
• 產物並非水與CO₂等簡單分子，故所得能量亦低
• 若缺氧時間較長，容易使能量不足，引起疲勞或組織壞死

酒精發酵

乳酸發酵

各種養分在呼吸作用的角色

醣類、脂肪和蛋白質參與呼吸作用示意圖（圖中黑線表示分解路線，紅線表示合成路線）

植物的呼吸

• 由高而低
• 分生組織
• 幼苗
• 根
• 未成熟果實
• 成熟的葉片
• 儲存根
• 種子

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影響呼吸作用的因素

• 溫度：
• 酵素
• 在5-30度C左右，每升高10度，呼吸速率加快一倍
• 氧
• ATP/ADP比値
• 較高，抑制
• 較低，促進
• ​

光合作用與呼吸作用的生態功能

• 能量流動
• 光合作用：將光能轉為化學能儲存於有機物之中
• 呼吸作用：藉分解有機物，並將能量存於ATP中，以獲得生理所須能量
• 元素流動
• 是碳氫氧循環的主要途徑
• 燃燒作用亦可釋出碳氫氧
• ​

生化合成需能

• 細胞合成自己所需物質�生長和修補組織�儲存能量
• 合成物質耗能�活化分子需要活化能

例如：葡萄糖 + 果糖 蔗糖 + 水

ATP

ADP + Pi

主動運輸需能

• 主動運輸�細胞藉載體蛋白質運輸物質�載體蛋白質需要消耗能量以改變構形�反抗濃度梯度，又稱幫浦
• 例如：鈉－鉀幫浦

鈉－鉀幫浦(Na+－K+ATPase)

運動時耗能

• 肌肉收縮而牽動骨骼產生運動
• 肌纖維含有粗、細兩種肌絲�肌絲滑動需要消耗能量
• 肌肉收縮的能量供應�ATP�磷酸肌酸�葡萄糖

肌肉、骨骼聯合運動

人臂

昆蟲腿部

骨骼肌組成與運動

肌肉收縮的能量供應