Transcript 第三章維持生命現象的能量

第三章 維持生命現象的能量
3-2 能量的流轉
細胞呼吸作用
醱酵作用
第三章 維持生命現象的能量
3-2 能量的流轉
細胞呼吸作用
醱酵作用
生物獲得能量的方式
醣 類
單 醣 呼吸作用
分解
蛋白質
胺基酸
脂 質
脂肪酸
ATP
呼吸作用
有O2時：
 進行有氧呼吸
無O2時：
 進行無氧呼吸，例如：醱酵作用
細胞有氧呼吸作用
+ 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 能量
 葡萄糖氧化的能量有40%轉換為ATP
 三階段：
 C6H12O6
1. 糖解作用
2. 克氏循環(檸檬酸循環)
3. 氧化磷酸化作用
細胞呼吸作用
2
2
34
糖解作用
在細胞質中進行
不需O2參與
淨得2ATP、2NADH
2ADP+2Pi
葡萄糖
2ATP
2丙酮酸
2NAD+
2NADH +2H+
克氏循環
在粒線體基質進行
不需O2參與
2丙酮酸進行反應
可淨得：2 ATP
8
NADH
2 FADH2
6 CO2
氧化磷酸化作用
來自糖解作用和克氏循環的NADH和
FADH2可釋出e-，並經由粒線體內膜上
的電子傳遞鏈，釋出能量以合成ATP
需要O2作為e-、H+的最後接收者
電子傳遞鏈示意圖
NADH
FADH2
氧化磷酸化作用
1NADH經氧化磷酸化作用可得3ATP
ATP
NADH NAD+
+
H+
H
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
ATP
ATP
H ADP+Pi
ADP+Pi
H O
O2
2e-
I
膜
間
腔
II
Q
III
C
IV
H+
H+
H+
H+
氧化磷酸化作用
1FADH2經氧化磷酸化作用可得2ATP
ATP
基
質
FADH2
H+
H+
H+
H+
2e-
II
Q
H+
H+
FAD
H+
I
膜
間
腔
H+
III
H+
C
H+ H+
ATP
H ADP+Pi
ADP+Pi
H O
O2
IV
H+
H+
H+
H+
化學滲透磷酸化作用
經由產生H+濃度梯度以形成ATP的過程
 光合作用—光合的磷酸化作用
H+堆積於葉綠囊腔內
 呼吸作用—氧化的磷酸化作用
H+堆積於粒線體膜間質內
粒線體
葉綠體
囊狀膜內腔
膜間腔
內膜
電子傳遞鏈
H+
基質
ATP合成酶
H+
H+
H+
囊狀膜
H+
H+
H+
ADP+Pi
ATP
H+
基質
課文內容-細胞呼吸作用
 細胞呼吸作用是指在細胞內所進行之一系列由酵
素催化的氧化還原反應以獲得 ATP 的過程。
 在這個過程中，單醣、脂肪酸和胺基酸等小分子，
經由一系列反應被分解為 CO2 和 H2O，並釋出大
量能量以供細胞利用。
 據估計，在有氧的情況下，葡萄糖分子氧化所釋
出的能量，約有 40% 用於將 ADP 轉變為 ATP，
而可以為生物體所利用，這種利用能量的效率顯
然要比任何人造機器的效率高得多。
課文內容-糖解作用
細胞呼吸作用可分為三個階段
 第一階段稱為糖解作用，於細胞質中進行。
 在這個過程中，一個分子葡萄糖經過一系
列反應後，分解為兩個分子的丙酮酸。
 釋出的能量一部分用來使 ADP 轉變為 ATP，
另一部分則用於將 NAD＋ 轉變為 NADH。
細胞呼吸作用
2
2
34
課文內容-克氏循環
第二階段稱為克氏循環
 在有氧的情況下，葡萄糖在細胞質內分解
產生的丙酮酸，可以進入粒線體，經由克
氏循環分解氧化，形成 CO2 和 H2O。
 丙酮酸進入粒線體後，隨即在酵素的作用
下，釋出 CO2 轉變為乙醯輔酶A。
 乙醯輔酶 A 再進入克氏循環進行氧化作用，
產生 ATP、NADH 和 FADH2，並釋出 CO2。
克氏循環
在粒線體基質進行
不需O2參與
2丙酮酸進行反應
可淨得：2 ATP
8
NADH
2 FADH2
6 CO2
課文內容-電子傳遞鏈
第三階段是電子傳遞鏈
糖解作用和克氏循環產生的 NADH 和
FADH2 可釋出電子。
電子經由粒線體內膜上的電子傳遞鏈
傳遞時，可釋出能量以合成 ATP 。
電子傳遞鏈示意圖
NADH
FADH2
課文內容-氧化磷酸化
 在粒線體內，e－
經由電子傳遞鏈傳遞以產生 ATP
的過程和葉綠體極為相似，都是經由化學滲透作
用。
 當高能量的 e－ 經粒線體內膜上的電子傳遞鏈傳
遞時，釋出的能量可以用來將 H＋由粒線體基質
運送到內外膜之間的膜間腔，使膜間腔的 H+ 濃
度升高。
 在內膜的內外產生 H+濃度梯度和電荷梯度，膜間
腔的 H+ 再經由內膜上 ATP 合成酶的通道擴散到
基質，所釋出的能量便可驅動 ADP 和 Pi 合成
ATP，這個過程稱為氧化磷酸化。
氧化磷酸化作用
1NADH經氧化磷酸化作用可得3ATP
ATP
NADH NAD+
+
H+
H
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
ATP
ATP
H ADP+Pi
ADP+Pi
H O
O2
2e-
I
膜
間
腔
II
Q
III
C
IV
H+
H+
H+
H+
氧化磷酸化作用
1FADH2經氧化磷酸化作用可得2ATP
ATP
基
質
FADH2
H+
H+
H+
H+
2e-
II
Q
H+
H+
FAD
H+
I
膜
間
腔
H+
III
H+
C
H+ H+
ATP
H ADP+Pi
ADP+Pi
H O
O2
IV
H+
H+
H+
H+
課文內容-氧化磷酸化
電子最後會被
O2 所接受，並與 H+結
合形成 H2O。
因此 e－ 經由電子傳遞鏈傳遞的過程中，
才真正有 O2 的參與。
而在糖解作用和克氏循環的過程中，
則並沒有 O2 直接參與。
第三章 維持生命現象的能量
3-2 能量的流轉
細胞呼吸作用
醱酵作用
細胞呼吸作用
有 O2
葡萄糖
丙酮酸
無 O2
克氏循環
乳酸醱酵
酒精醱酵
酒精醱酵
酵母菌、植物細胞於缺氧時進行
乳酸醱酵
骨骼肌、乳酸菌於缺氧時進行
有氧呼吸與醱酵作用比較
細 粒
葡 丙
有氧呼吸 萄 →酮 →CO2 + H2O +大量能量 胞 線
質 體
糖 酸
酒精 葡 丙
萄 → 酮 →CO2 + 乙醇 +少量能量
醱
醱酵 糖 酸
酵
作
乳酸 葡 丙
萄 →酮 →乳酸 +少量能量
用
醱酵 糖 酸
細
胞
質
課文內容-醱酵作用
在某些生物細胞中，葡萄糖進行糖解
作用產生的丙酮酸，可以直接在細胞
質內轉變為乙醇（酒精）或乳酸，這
個過程沒有氧的參與，是一種無氧呼
吸的過程，稱為醱酵作用。
醱酵作用可以將NADH氧化為NAD＋，
以提供糖解作用之需？？，使細胞得
以持續進行糖解作用，以獲取 ATP。
酒精醱酵
酵母菌、植物細胞於缺氧時進行
課文內容-醱酵作用
常見的醱酵作用有酒精醱酵與乳酸醱
酵，這兩種醱酵作用的最終產物不同，
前者為乙醇，後者為乳酸。
酵母菌等微生物，可以將糖解作用產
生的丙酮酸分解，釋出二氧化碳並產
生乙醇，稱為酒精醱酵。
課文內容-醱酵作用
動物的肌肉以及乳酸菌等微生物，也
可將糖解作用產生的丙酮酸轉變為乳
酸，稱為乳酸醱酵。
綜合而言，當細胞進行醱酵作用時，
由於丙酮酸並未進入粒線體內，進行
克氏循環和氧化磷酸化作用，因此產
生的能量比進行有氧呼吸要少得多。
細胞內的電子攜帶者
為細胞內氧化還原反應的輔酶
氧化態輔酶
NAD+
還原態輔酶
接收e-、H+
(還原)
NADPH +H+
NADP+
FAD
NADH +H+
釋出e-、H+ (氧化)
FADH2
NAD+和FAD參與細胞呼吸作用，
NADP+則參與光合作用
End