[科普中国]-需氧呼吸

需氧呼吸又称有氧呼吸。凡是靠大气中的氧来进行氧化作用的，称为需氧呼吸。进行需氧呼吸的生物，必须从大气中吸取游离的氧气来氧化体内的有机物质并释放能量。需氧呼吸是一种复杂的呼吸形式。

动物和植物日夜不断地进行着需氧呼吸，但植物在白天所进行的同化作用比异化作用强得多，所以白天所放出来的氧比它吸收的氧多得多。1

大多数需氧菌是以葡萄糖为基质进行呼吸的。葡萄糖一般先经糖酵解途径降解成丙酮酸，丙酮酸再通过三羧酸循环进一步氧化。2

概念需氧呼吸又称有氧呼吸，是指细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，将葡萄糖等有机物彻底氧化分解，放出二氧化碳并形成水，同时释放出大量能量，生成大量ATP的过程，但是另一种形式的需氧呼吸是直接氧化途径，即黄素蛋白水平的呼吸。这种氧化反应不生成ATP，因此能量不被利用，而以热的形式散发。2

特点需氧呼吸是以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程。许多微生物可以利用各种有机物作为氧化底物进行需氧呼吸而获得能量。3

需氧微生物具有较完备的呼吸酶系统，具有脱氢酶、氧化酶和细胞色素，所以能够利用分子氧完成氧化作用，以分子氧作为受氢体。4

需氧呼吸过程是比较复杂的。简单来说，呼吸作用的进行也是经脱氢酶使基质脱氢氧化（脱出活化氢和电子），1电子通过细胞色素的传递，最后活化氢和经氧化酶活化的分子氧结合，使氧被还原而完成整个呼吸过程。

需氧呼吸过程可用下列图示表示：

基质-H2+脱氢酶→基质+脱氢酶-H2+能量

脱氢酶-H2+氧化酶-O2→细胞色素+氧化酶+H2O（H2O2）

需氧呼吸的最后阶段是氧被还原成水或过氧化氢。过氧化氢是一种对微生物有毒物质，积累到一定程度必须清除。需氧微生物含有过氧化氮酶和过氧化物酶，过氧化氢酶可以把过氧化氢分解为水和分子氧，过氧化物酶能使过氧化氢的氧活化，去氧化别的基质并生成水，这就解除了过氧化氢的毒害，这是需氧微生物具有的解毒作用。

需氧呼吸，由于一般基质氧化的彻底直至变为CO2和H2O，因而放出比厌氧呼吸大得多的能量。但是，有少数需氧微生物，其呼吸过程中却不能将基质彻成氧化，往往只氧化到形成有机酸的阶段。4

需氧呼吸阶段根据需氧呼吸过程，可将需氧呼吸分为三个阶段：

①第一阶段（糖酵解）

各种能源物质循不同的分解代谢途径转变成乙酰辅酶A，场所在细胞质基质中，1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，同时脱下4个[H]，放出少量能量，合成2个ATP，其余以热能散失。

②第二阶段（三羧酸循环/柠檬酸循环）

乙酰辅酶A的二碳乙酰基，通过三羧酸循环转变为CO2和氢原子。场所在线粒体基质中，2分子的丙酮酸和6分子的水中的氢。即20个[H]全部脱下，生成6分子的二氧化碳，释放少量的能量，合成2个ATP，其余以热能形式散失。

③第三阶段（电子传递链/氧化磷酸化）

呼吸链是指从葡萄糖或其他化合物上脱下来的电子（氢），经过一系列按氧化还原势由低到高顺序排列的电子（氢）载体，定向有序的传递系统。氢原子进入电子传递链（呼吸链），最后传递给氧，与之生成水，同时通过电子传递过程伴随发生的氧化磷酸化作用产生ATP分子，场所在线粒体内膜上，在前两个阶段脱下的24个[H]与6个氧分子结合成水，并释放大量能量，合成34个ATP。5

研究与运用需氧呼吸是微生物中最普遍、最重要的生物氧化方式和主要的产能方式。分解有机物，释放能量，合成APT供生命活动利用，为生物体的各项生命活动提供能量以及为体内其他化合物的合成提供原料。

很多常见的细菌、放线菌、真菌均属需氧微生物。根据需氧微生物呼吸作用的特性，在培养时，就应设法使培养物直接接触或获得更多的空气，生产上常用振荡或通气培养，相反在养护商品时，要设法造成缺氧的环境，以限制这些微生物的生长繁殖。4

本词条内容贡献者为:

郝庆菊 - 副教授 - 西南大学