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动植物的呼吸作用
动、植物的呼吸作用
呼吸作用是维持所有动、植物生存的基本的能量转换作用,它是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,最终生成二氧化碳或其他产物,并且释放出能量的总过程。并且,它分为有氧呼吸和无氧呼吸。在本文将从呼吸作用的作用体、作用过程、意义来阐明呼吸作用。
众所周知,有氧呼吸发生于各个细胞的线粒体中。据科学家研究,线粒体是属于一种本身具有DNA和遗传物质的半自主的细胞器。由此,科学家推测,在远古时代,存在一种以氧气、糖类合成能量——三磷酸腺苷(ATP)的某种细菌,在一定巧合下,它被我们真核动物的祖先但并没有酶解。形成了现在的由两层膜包被,外膜平滑,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体中央是基质,基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体的线粒体。
线粒体外膜是位于线粒体最外围的一层单位膜,厚度约为6-7nm。:1,与真核细胞细胞膜的同一比例相近。线粒体外膜中酶的含量相对较少,其标志酶为单胺氧化酶。它主要参与诸如脂肪酸链延伸、肾上腺素氧化以及色氨酸生物降解等生化反应,它也能同时对那些将在线粒体基质中进行彻底氧化的物质先行初步分解。而线粒体膜间隙是线粒体外膜与线粒体内膜之间的空隙,宽约6-8nm,其中充满无定形液体。它相较外膜膜通透性较低,所以线粒体膜间隙内容物的组成与细胞质基质十分接近,含有众多生化反应底物、可溶性的酶和辅助因子等。
线粒体膜间隙中还含有比细胞质基质中浓度更高的腺苷酸激酶、单磷酸激酶和二磷酸激酶等激酶,其中腺苷酸激酶是线粒体膜间隙的标志酶。线粒体的内膜较为重要,它是能量合成的主要场所。它是位于线粒体外膜内侧、包裹着线粒体基质的单位膜。线粒体内膜含有比外膜更多的蛋白质(超过151种,约占线粒体所含 1
所有蛋白质的五分之一),所以承担着更复杂的生化反应。存在于线粒体内膜中的几类蛋白质主要负责以下生理过程:特异性载体运输磷酸、谷氨酸、鸟氨酸、各种离子及核苷酸等代谢产物和中间产物;内膜转运酶运输蛋白质;参与氧化磷酸化中的氧化还原反应;参与ATP的合成;控制线粒体的分裂与融合。
线粒体的基质是遗传物质存在的地方。它是线粒体中由线粒体内膜包裹的内部空间,其中含有参与三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸降解等生化反应的酶等众多蛋白质,所以较细胞质基质黏稠。苹果酸脱氢酶是线粒体基质的标志酶。线粒体基质中一般还含有线粒体自身的DNA、RNA和核糖体。
至于无氧呼吸,它是指有机碳化合物经彻底或者不彻底氧化,所脱下来的电子经部分电子传递链,最后传给外源的无机氧化物(个别是有机氧化物)并释放较少能量,所以它广泛的存在于各个细胞中。它主要是利用细胞质的基质、己糖激酶、异构酶、果糖激酶、醛缩酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、甘油酸激酶、变位酶、烯醇化酶、丙酮酸激酶的各种作用来释放能量。但释放的能量较有氧呼吸少。
有氧呼吸的过程可以分为三个阶段:第一个阶段(称为糖酵解),一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸,在分解的过程中产生少量的氢,同时释放出少量的能量。这个阶段是在细胞质基质中进行的;第二个阶段(称为三羧酸循环或柠檬酸循环),丙酮酸经过一系列的反应,分解成二氧化碳和氢,同时释放出少量的能量。这个阶段是在线粒体基质中进行的;第三个阶段(呼吸电子