1mol葡萄糖徹底氧化分解產生多少ATP?

2021-03-05 四哥生物

有群友@我,有氧呼吸各階段產多少ATP?

這個問題其實挺複雜的。

最新的人教版教材認為有氧呼吸消耗1mol葡萄糖產生32molATP。

(新人教必修1課本截圖)

細胞的有氧呼吸過程需要經過一系列複雜的化學反應,它們可以概括為糖酵解、三羧酸循環和氧化磷酸化三個階段。在細胞有氧呼吸的過程中,ATP有產生,也有消耗。

三羧酸循環中4次脫氫反應產生NADH+H+和FADH2,通過電子傳遞鏈和氧化磷酸化產生ATP。目前一般認為,線粒體內1 mol NADH+H+的氫傳遞給氧時,可生成2 mol ATP;lmol FADH2的氫傳遞給氧時,只能生成1.5 mol ATP。底物水平磷酸化生成1 mol ATP,1mol乙醯CoA經三羧酸循環徹底氧化,共生成10 mol ATP。此外,糖酵解中3-磷酸甘油醛在細胞質基質中脫氫生成的NADH+H+,在有氧氧化時也要轉運至線粒體內進入電子傳遞鏈而產生ATP。目前發現,有兩種轉運機制可以將細胞質基質中的NADH+H+轉運至線粒體。葡萄糖氧化過程中各個反應生成ATP的具體情況如下表所示:

(新人教教參截圖)

值得注意的是,部分資料認為1 mol NADH氧化可產生3 mol ATP,1 mol FADH2氧化可產生2 mol ATP,由此計算,1mol葡萄糖徹底氧化分解應產生36mol或38 mol ATP,但是目前這一數值被廢止使用。不論採用哪一種計算方式,有氧呼吸反應全過程的能量轉化效率都不算高,為35-40%,其餘能量則以熱能的形式散失或作為他用事實上,NADH和FADH2是富含能量的分子,因為它們都含有一對具有高轉移勢能的電子。

線粒體內有一系列電子傳遞載體,稱為呼吸鏈。有證據表明,線粒體內膜上組成呼吸鏈的四個主要複合體是完全獨立的,每個都是蛋白複合體。其中,有三個複合體在電子傳遞的同時,可以將H+從線粒體基質泵到線粒體內外膜之間的膜間腔。電子傳遞所產生的電化學能被保存在質子濃度差和電荷梯度中,這包含了兩層含義:(1)由膜隔開的兩個區域中的H濃度差所形成的化學勢能;(2)質子跨過膜形成電荷分離而造成的電勢能。化學滲透假說認為,上述電化學梯度蘊含能量,可用來驅動線粒體內膜上的ATP合成酶,最終驅動ATP的合成。因此,葡萄糖氧化分解合成ATP的數量,取決於線粒體內膜內外的質子濃度差以及ATP合成酶允許多少質子跨膜。這將最終導致1mol葡萄糖被完全氧化時,產生的ATP分子數可以從28mol到38mol不等。

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