1. 有氧呼吸的第一阶段:糖酵解
在这一阶段,葡萄糖(C₆H₁₂O₆)被分解成两个分子的丙酮酸(C₃H₄O₃)。此过程发生在细胞质基质中,不需要氧气参与。其反应式可以简化为:
\[ C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_3H_4O_3 + 能量(ATP和NADH)\]
2. 有氧呼吸的第二阶段:柠檬酸循环
丙酮酸进入线粒体后,进一步被氧化生成二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)以及更多的能量载体分子如NADH和FADH₂。具体反应较为复杂,但总体上可表示为:
\[ 2C_3H_4O_3 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 能量(ATP、NADH、FADH_2)\]
3. 有氧呼吸的第三阶段:电子传递链与氧化磷酸化
在此阶段,NADH和FADH₂中的电子通过一系列蛋白质复合体传递至氧气,最终形成水。同时,质子梯度驱动ATP合成酶产生大量ATP。这一阶段的能量输出最大,其核心反应可概括为:
\[ NADH + FADH_2 + O_2 \rightarrow H_2O + 能量(大量ATP)\]
以上三步构成了典型的有氧呼吸全过程,是大多数真核生物获取能量的主要方式。此外,在缺氧条件下,一些生物还会进行无氧呼吸或发酵,但这已超出上述三种反应式的范畴。
呼吸作用不仅为生物提供了维持生命活动所需的能量,还促进了物质代谢网络的循环运转,对生态系统平衡具有重要意义。深入理解这些基本反应式有助于我们更好地认识生命科学的基础原理及其应用价值。