无氧呼吸

发生的部位

无氧呼吸在细胞的细胞质中进行。在人体中，它发生在剧烈运动缺氧时的肌肉细胞；在酵母中，它发生在发酵过程。

由于不使用氧气，线粒体不参与，整个过程留在进行糖酵解的细胞质中。在肌肉里，无氧呼吸与有氧呼吸同时进行，而不是取而代之：线粒体继续利用送达的氧气工作，额外的 ATP 需求则由无氧途径补足。

酵母是一种单细胞真菌，当它与空气隔绝时便转为发酵，例如在面团或酿造容器中；某些细菌以及浸水土壤中的植物根也以同样方式进行无氧呼吸。

输入与输出

• 两种情况的输入：葡萄糖，在人体中来自血液，在酵母中来自周围环境的糖。
• 输入：细胞质中的酶；完全不需要氧气。
• 人体肌肉中的输出：乳酸，以及转移到 ATP 的少量能量。
• 酵母中的输出：乙醇、二氧化碳，以及转移到 ATP 的少量能量。
• 肌肉的文字方程式：葡萄糖 → 乳酸 + 能量。
• 酵母的文字方程式：葡萄糖 → 乙醇 + 二氧化碳 + 能量。

步骤

1. 有葡萄糖但氧气供应不足，线粒体无法完成葡萄糖的分解。
2. 在细胞质中，葡萄糖通过糖酵解被分解为两个三碳分子，释放少量 ATP。
3. 由于没有氧气，三碳分子不能进入线粒体，而是被转化为终产物。
4. 在人体肌肉中，三碳分子变成乳酸；在酵母中，它们失去二氧化碳后变成乙醇。
5. 释放的少量能量转移到 ATP，使细胞在短时间内继续工作。
6. 在人体中，乳酸在肌肉与血液中积累，引起疲劳与灼痛感，直到被清除为止。
7. 运动后，乳酸被运到肝脏，利用额外的氧气分解，这就是偿还氧债的过程。

为何重要及如何调控

无氧呼吸使细胞在缺氧时（如冲刺的肌肉）仍能释放一些能量。在酵母中用于烘焙与酿造。

转向无氧呼吸由氧气供应控制。当心脏与肺无法足够快地输送氧气以满足 ATP 需求时，肌肉细胞通过无氧途径补充能量。

乳酸的积累限制了这种状态能持续多久，因为乳酸降低肌肉的 pH 并减慢酶的作用，于是肌肉疲劳，人不得不放慢速度。运动后呼吸频率与心率维持较高，直到吸入足够的额外氧气把乳酸氧化为止。

在酵母中，发酵速率取决于温度、糖的浓度以及已积累的乙醇浓度。乙醇超过一定水平对酵母有毒，这就是发酵会自行停止的原因。

面包之所以膨胀，是因为酵母释放的二氧化碳在面团中形成气泡，而乙醇在烘烤时蒸发。

如何考查

你可能被要求比较人体与酵母中的产物、写文字方程式，或解释运动后的氧债。

实验题常用装有酵母与葡萄糖溶液、表面覆盖一层油的沸腾管，连接到石灰水或碳酸氢盐指示剂；你必须解释油层的作用是隔绝氧气，并解读指示剂的变化。图表题给出运动前、运动中与运动后的呼吸频率或乳酸浓度，要求解释为何运动结束后数值仍维持较高一段时间。

有氧呼吸与无氧呼吸的比较表出现在结构题与论述题中。

常见误解

考试风格例题

题目。一名运动员参加 400 米赛跑。

她的呼吸频率在赛前、赛跑结束时以及赛后十分钟内每分钟被测量一次。呼吸频率在赛跑期间急剧上升，并在她停止跑步后八分钟内仍高于静息值。

(a) 说出赛跑接近结束时她腿部肌肉进行的呼吸类型，并说出其产物。(b) 解释为何赛后数分钟内她的呼吸频率仍然较高。

(c) 说出这种呼吸与密闭容器中酵母的呼吸之间的两项差异。

参考答案。(a) 无氧呼吸；产物是乳酸。

(b) 赛跑期间，氧气无法足够快地输送以满足 ATP 需求，因此肌肉细胞进行无氧呼吸，乳酸积累。赛后需要额外的氧气在肝脏与肌肉中氧化乳酸；这就是氧债，所以呼吸在偿还氧债前保持急促。

(c) 肌肉产生乳酸，而酵母产生乙醇；肌肉不释放二氧化碳，而酵母释放二氧化碳。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题