需氧呼吸(有氧呼吸)

需氧呼吸又稱有氧呼吸。凡是靠大氣中的氧來進行氧化作用的，稱為需氧呼吸。進行需氧呼吸的生物，必須從大氣中吸取游離的氧氣來氧化體內的有機物質並釋放能量。需氧呼吸是一種複雜的呼吸形式。

動物和植物日夜不斷地進行著需氧呼吸，但植物在白天所進行的同化作用比異化作用強得多，所以白天所放出來的氧比它吸收的氧多得多。

大多數需氧菌是以葡萄糖為基質進行呼吸的。葡萄糖一般先經糖酵解途徑降解成丙酮酸，丙酮酸再通過三羧酸循環進一步氧化。

基本介紹

• 中文名：需氧呼吸
• 外文名：aerobic respiration
• 別名：有氧呼吸
• 本質：生物氧化過程
• 最終電子受體：分子氧
• 產物：水、ATP、二氧化碳等

概念

需氧呼吸又稱有氧呼吸，是指細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，將葡萄糖等有機物徹底氧化分解，放出二氧化碳並形成水，同時釋放出大量能量，生成大量ATP的過程，但是另一種形式的需氧呼吸是直接氧化途徑，即黃素蛋白水平的呼吸。這種氧化反應不生成ATP，因此能量不被利用，而以熱的形式散發。

特點

需氧呼吸是以分子氧作為最終電子受體的生物氧化過程。許多微生物可以利用各種有機物作為氧化底物進行需氧呼吸而獲得能量。

需氧微生物具有較完備的呼吸酶系統，具有脫氫酶、氧化酶和細胞色素，所以能夠利用分子氧完成氧化作用，以分子氧作為受氫體。

需氧呼吸過程是比較複雜的。簡單來說，呼吸作用的進行也是經脫氫酶使基質脫氫氧化（脫出活化氫和電子），1電子通過細胞色素的傳遞，最後活化氫和經氧化酶活化的分子氧結合，使氧被還原而完成整個呼吸過程。

需氧呼吸過程可用下列圖示表示：

基質-H₂+脫氫酶→基質+脫氫酶-H₂+能量

脫氫酶-H₂+氧化酶-O₂→細胞色素+氧化酶+H₂O（H₂O₂）

需氧呼吸的最後階段是氧被還原成水或過氧化氫。過氧化氫是一種對微生物有毒物質，積累到一定程度必須清除。需氧微生物含有過氧化氮酶和過氧化物酶，過氧化氫酶可以把過氧化氫分解為水和分子氧，過氧化物酶能使過氧化氫的氧活化，去氧化別的基質並生成水，這就解除了過氧化氫的毒害，這是需氧微生物具有的解毒作用。

需氧呼吸，由於一般基質氧化的徹底直至變為CO₂和H₂O，因而放出比厭氧呼吸大得多的能量。但是，有少數需氧微生物，其呼吸過程中卻不能將基質徹成氧化，往往只氧化到形成有機酸的階段。

需氧呼吸階段

根據需氧呼吸過程，可將需氧呼吸分為三個階段：

①第一階段（糖酵解）

各種能源物質循不同的分解代謝途徑轉變成乙醯輔酶A，場所在細胞質基質中，1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，同時脫下4個[H]，放出少量能量，合成2個ATP，其餘以熱能散失。

②第二階段（三羧酸循環/檸檬酸循環）

乙醯輔酶A的二碳乙醯基，通過三羧酸循環轉變為CO₂和氫原子。場所在線粒體基質中，2分子的丙酮酸和6分子的水中的氫。即20個[H]全部脫下，生成6分子的二氧化碳，釋放少量的能量，合成2個ATP，其餘以熱能形式散失。

③第三階段（電子傳遞鏈/氧化磷酸化）

呼吸鏈是指從葡萄糖或其他化合物上脫下來的電子（氫），經過一系列按氧化還原勢由低到高順序排列的電子（氫）載體，定向有序的傳遞系統。氫原子進入電子傳遞鏈（呼吸鏈），最後傳遞給氧，與之生成水，同時通過電子傳遞過程伴隨發生的氧化磷酸化作用產生ATP分子，場所在線粒體內膜上，在前兩個階段脫下的24個[H]與6個氧分子結合成水，並釋放大量能量，合成34個ATP。

研究與運用

需氧呼吸是微生物中最普遍、最重要的生物氧化方式和主要的產能方式。分解有機物，釋放能量，合成ATP供生命活動利用，為生物體的各項生命活動提供能量以及為體內其他化合物的合成提供原料。

很多常見的細菌、放線菌、真菌均屬需氧微生物。根據需氧微生物呼吸作用的特性，在培養時，就應設法使培養物直接接觸或獲得更多的空氣，生產上常用振盪或通氣培養，相反在養護商品時，要設法造成缺氧的環境，以限制這些微生物的生長繁殖。