老师讲细胞呼吸

细胞呼吸是生物化学的难点。高中生物学将这部分内容进行了简化，将糖酵解、三羧酸循环和电子传递链简称为一、二、三阶段。简化的优点是有利于学生概括性地掌握细胞呼吸全过程，缺点是无法透彻理解呼吸原理。台湾的生物课如何处理细胞呼吸的内容？讲到什么程度呢？

1 第一阶段：糖酵解

糖酵解分为9个步骤（一个箭头对应一步，具体过程不要求），消耗2分子ATP，产生4分子ATP，净产生2分子ATP。这类似于你想要赚钱，就需要先投资。糖酵解产生的丙酮酸指的是PEP，是一种丙酮酸盐，全称为磷酸烯醇丙酮酸。

无氧条件下，糖酵解生成的丙酮酸为什么不能保留下来，而要生成酒精或乳酸？因为消耗丙酮酸和NADH，才能维持糖酵解的正常进行。酒精和乳酸都来自于丙酮酸的还原反应，酮基加氢变为乳酸，酮基加氢并脱羧则变为酒精。

2 第二阶段：三羧酸循环

首先是丙酮酸的氧化。2丙酮酸与2辅酶A结合，生成2乙酰辅酶A、2CO₂、2NADH。从“丙”到“乙”，脱掉一个碳原子形成CO₂。接着，2乙酰辅酶A脱掉2辅酶A后，乙酰基进入三羧酸循环。副班长不是班长，辅酶不是酶。辅酶A为核苷酸衍生物，它的作用有点像在丢垃圾，得到乙酰基，再把乙酰基丢进三羧酸循环，如此重复。

“三羧酸”指的是含三个羧基的有机酸。三羧酸循环也被称为克雷伯斯循环（krebs cycle）、柠檬酸循环（第一个生成的三羧酸）。三羧酸循环的具体过程不做要求，反应结果是生成6NADH、2FADH₂、2ATP、4CO₂。4CO₂含4个C，对应进入循环的2个乙酰基。NADH和FADH₂为高能辅酶，化学本质为核苷酸衍生物。有机物分解释放的能量储存在高能辅酶中。这就像努力了不一定能赚现金，但积累了经验可以在今后兑换成现金。高能辅酶将在电子传递链中兑换成ATP。

3 第三阶段：电子传递链

电子传递链由4组蛋白质复合体构成。电子传递如何进行？传递方向由电负度决定，也就是爱电子的程度。爱电子的程度：1＜2＜3＜4＜氧气。“我比你更爱他，把他交给我吧！”为什么需要电子传递？为什么不直接从1传给4？在多步传递过程中，能量得以分步释放。如果没有传递，能量将一次性大幅放出，使更多能量转变为热能。“爱要经过波折，才能遇到最爱的人。”

电子传递链如何驱动ATP合成？NADH和FADH₂释放出电子和氢离子，其中的电子进入电子传递链。在经过复合体1、3、4时，驱动氢离子从线粒体基质向线粒体膜间腔（内外膜之间的空腔）运输，形成膜内外的氢离子浓度梯度。当氢离子从膜间腔向线粒体基质顺浓度梯度运输时，驱动ATP合酶合成ATP，将氢离子浓度梯度势能转变为ATP中活跃的化学能。1个NADH兑换2.5个ATP，1个FADH₂兑换1.5个ATP。（FADH₂只经过复合体2、3、4，氢离子浓度差较小，形成ATP较少。）这个过程也叫做氧化磷酸化，即ADP→ATP经过的磷酸化过程。

为什么是ATP合酶，而不是合成酶？在A+B+ATP→C中，此时消耗了ATP，利用的酶为合成酶。在甲+乙→丙中，不消耗ATP，能量来自其他形式（如化学渗透压力），利用的酶为合酶。

细胞呼吸分解一分子葡萄糖，一定合成32分子ATP吗？原核细胞和人的肾、心、肝细胞的细胞呼吸合成32分子ATP，但是其他人体细胞一般合成30分子ATP。缺少的2分子ATP在哪里呢？第一阶段糖酵解合成2NADH，从细胞质基质进入线粒体基质时，如果保留NADH形式就能合成32个ATP（苹果酸–天冬氨酸穿梭），如果变为FADH₂就会被抽税，损失2个ATP（甘油-3-磷酸穿梭）。

没有氧气的时候，为什么不能进行有氧呼吸二、三阶段？缺氧会导致线粒体内反应塞车。没有氧气接收电子，NADH和FADH₂积累，导致三羧酸循环不能进行，引起辅酶A缺乏，丙酮酸无法进入线粒体被氧化。

为什么厌氧菌无法在有氧条件下生存？氧气在细胞内产生自由基，具有毒害作用。人体细胞存在过氧化氢小体，能够处理自由基。厌氧菌先于需氧菌进化出来，因为早年地球是没有氧气的。为什么踩到铁钉会感染破伤风杆菌？因为铁会吸收空气中的氧气，导致铁钉表面缺乏氧气，适合厌氧菌分布。为什么被动物咬后可能感染肉毒杆菌？动物牙齿表面也分布有厌氧菌。

4 ATP的作用

ATP的作用主要有：生化合成（同化作用）、主动运输、机械性运动。

生化合成的例子有蔗糖合成。一般教材的说法是，葡萄糖和果糖分别与ATP反应，磷酸化的葡萄糖和磷酸化的果糖利用断开磷酸键释放的能量，为合成反应供能。但是，从化学上看这是不成立的，因为断键都是耗能的。