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2.8 Cell respiration 细胞呼吸

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细胞呼吸是生物体内能量的关键来源,它通过有机化合物的降解将能量逐步转化为细胞可以利用的形式,即ATP(腺苷三磷酸)。通过热量计,我们可以测量食物中储存的能量,细胞呼吸则是一个温和且有序的氧化过程,与剧烈的燃烧相比,它更有效地为细胞提供能量。ATP是细胞的通用货币,葡萄糖类似支票,需要线粒体(细胞的'银行')将其转化为活跃的ATP形式。ATP作为小分子核苷酸,储存能量于化学键中,通过协助扩散在细胞内高效传递,每次释放的能量虽小,但足以驱动单个反应进行。

细胞呼吸分为糖酵解和氧化磷酸化两个阶段。糖酵解在细胞质中进行,产生少量ATP,但大部分生物需要更多能量,这就需要氧气参与的氧化磷酸化阶段,将葡萄糖彻底氧化分解,释放大量能量。在有氧条件下,丙酮酸进入线粒体,通过Krebs循环产生大量ATP,供给细胞活动。在无氧条件下,如酵母和肌肉细胞在剧烈运动时,会进行乳酸发酵,虽然能量产生较少,但能维持短暂的能量供应。

呼吸速率测量是研究生物能量需求的重要手段,通过呼吸计测量氧气消耗,可以揭示生物体在不同条件下的代谢活动。例如,实验中对鱼的氧气消耗率和实验室鼠的氧气消耗情况的测量,以及对肌肉活动中乳酸和氢离子生成的观察,都反映了细胞呼吸对生命活动的影响。

总的来说,细胞呼吸是生命活动的能量基础,其过程包括有氧和无氧两种形式,通过不同步骤释放能量,满足细胞的日常运作和特殊情况下的应急需求。