呼吸作用不僅是生物獲取能量的方式，更是生物維持生命的基礎。細胞需要能量來進行各種生理活動，比如合成蛋白質、修復細胞和維持體溫等。這一過程涉及多種物質的變化和能量的轉化。我們吃的食物，經(jīng)過消化和吸收，最終都需要通過呼吸作用轉化為能量。

不同的生物，呼吸的方式也各不相同。有些生物在有氧的環(huán)境中充分利用氧氣進行高效的能量釋放；而在缺氧的環(huán)境中，另一些生物則巧妙地通過無氧呼吸獲得能量生存。這種適應性顯示了生命的強大與靈活，展現(xiàn)了自然界的奇妙。

呼吸作用不僅是一種科學現(xiàn)象，更是生命的核心。它如同一條神秘的河流，流淌在生物體內(nèi)，滋養(yǎng)著生命。下面，我們將深入分析呼吸作用的基本原理、物質變化及能量轉換，更深刻地理解生命的奇跡。

一、呼吸作用的理論基礎

（一）呼吸作用的定義

呼吸作用是生物體通過化學反應將有機物氧化，釋放能量的過程。這一過程不僅包括了氧氣的攝取，還涉及體內(nèi)物質的代謝和能量的轉化。在細胞層面，呼吸作用主要發(fā)生在線粒體中，葡萄糖等有機物被分解，轉化為二氧化碳和水，同時釋放出可供細胞使用的能量。

呼吸作用不僅為生物體提供必要的能量，還在維持生命活動、調節(jié)體內(nèi)環(huán)境和合成生物大分子等方面發(fā)揮著重要作用。通過這一過程，生物體能夠有效地利用周圍的營養(yǎng)物質生長、繁殖，并適應環(huán)境。

（二）呼吸作用的分類

1.有氧呼吸

有氧呼吸是指生物體在氧氣存在的條件下進行的呼吸過程。在這一過程中，葡萄糖被氧化，釋放出大量能量，并產(chǎn)生二氧化碳和水。大多數(shù)高等植物、動物和某些微生物（如霉菌）都依賴于有氧呼吸。該過程的能量轉化效率非常高，每分子葡萄糖通常能釋放出約38個ATP分子，滿足細胞的能量需求。其主要方程如下：

C6H12O6（葡萄糖）→2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量

2C3H4O3+6H2O→20[H]+6CO2+少量能量

24[H]+6O2→12H2O+大量能量

2.無氧呼吸

無氧呼吸是在缺氧或低氧環(huán)境中進行的呼吸方式。它不依賴氧氣，因此適合一些特定環(huán)境的微生物，如厭氧細菌和酵母菌。無氧呼吸的反應可以是發(fā)酵過程，常見的有乳酸發(fā)酵和酒精發(fā)酵，如酵母在缺氧的情況下，能夠將葡萄糖轉化為乙醇和二氧化碳，同時釋放出較少的能量，每分子葡萄糖僅生成2個ATP分子。其主要方程如下：

C6H12O6（葡萄糖）→2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量

2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]→2C2H5OH（酒精）+2CO2

2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]→2C3H6O（乳酸）

無氧呼吸雖然能量轉化效率較低，但在特定條件下，如深水、土壤或缺氧的發(fā)酵環(huán)境中，依然是生物維系生存的重要方式。

（三）呼吸作用的判別方法

根據(jù)CO2的釋放量和O2的消耗量，可以判斷生物進行的是有氧呼吸還是無氧呼吸。若CO2釋放量等于O2吸收量，則該生物只進行有氧呼吸；若不消耗CO2，只產(chǎn)生O2，則該生物只進行無氧呼吸；若CO2釋放量多于O2吸收量，則該生物同時進行有氧呼吸和無氧呼吸；若既無O2的吸收也無CO2的釋放，則該生物只進行無氧呼吸（產(chǎn)物為乳酸）或該生物已死亡。

【例題1】在a、b、c、d條件下，測得某植物種子萌發(fā)時和體積變化的相對值如下表，底物是葡萄糖，則下列敘述中正確的是（" " "）。

A.a條件下，呼吸產(chǎn)物除CO2外還有酒精和乳酸

B.b條件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比無氧呼吸多

C.c條件下，不進行無氧呼吸

D.d條件下，產(chǎn)生的CO2全部來自線粒體

解析：a條件下種子只進行無氧呼吸，其產(chǎn)物是CO2和酒精；b條件下種子既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸，有氧呼吸消耗體積為3的O2，產(chǎn)生體積為3的CO2，消耗葡萄糖的相對量為0.5；c條件下無氧呼吸產(chǎn)生體積為5的CO2，消耗葡萄糖的相對量為2.5；d條件下只進行有氧呼吸，產(chǎn)生的CO2全部來自線粒體。故選D。

二、呼吸作用中的物質變化與能量轉化

（一）糖類代謝

糖類代謝是細胞呼吸作用中的核心部分，涉及多種化學反應與能量轉化。在這個過程中，葡萄糖作為能量的主要來源，通過糖酵解、克雷布斯循環(huán)和電子傳遞鏈被有效轉化為AT，支持細胞的各種生命活動。此外，糖類代謝也與其他代謝途徑相互聯(lián)系，靈活調節(jié)細胞的能量供應，確保生物體在不同環(huán)境條件下的生存與發(fā)展。

例2（2023·河北保定二模）下圖是酵母菌、脫硫桿菌、乳酸菌細胞內(nèi)葡萄糖氧化分解的過程。下列敘述正確的是（" " " ）。

A.酵母菌有氧呼吸和脫硫桿菌無氧呼吸都能將葡萄糖徹底氧化分解

B.脫硫桿菌進行②④過程的場所分別是線粒體基質、線粒體內(nèi)膜

C.酵母菌的無氧發(fā)酵過程和乳酸菌的發(fā)酵過程都沒有電子傳遞鏈途徑

D.酵母菌的發(fā)酵和乳酸菌的發(fā)酵分解等量的葡萄糖產(chǎn)生的熱量不相等

解析：酵母菌有氧呼吸將葡萄糖徹底氧化分解為CO2和H2O，脫硫桿菌無氧呼吸可將葡萄糖徹底氧化分解為CO2和H2S，故A選項正確。脫硫桿菌是原核生物，沒有線粒體，故B選項錯誤。酵母菌的發(fā)酵過程和乳酸菌的發(fā)酵過程產(chǎn)生了丙酮酸和[H]，丙酮酸和[H]反應生成了其他的有機物，結合題圖可知，沒有電子傳遞鏈途徑，故C選項正確。由于酵母菌可以進行有氧呼吸和無氧呼吸，乳酸菌只能進行無氧呼吸，所以酵母菌的發(fā)酵和乳酸菌的發(fā)酵分解等量的葡萄糖產(chǎn)生的熱量不等，故D選項正確。本題答案為ACD。

（二）脂肪代謝過程

脂肪是生物體內(nèi)一種重要的能量儲存形式，能提供高效的能量來源。脂肪代謝是細胞呼吸中的一個重要環(huán)節(jié)，主要涉及脂肪的分解和能量的釋放。

脂肪儲存在體內(nèi)主要以三酰甘油的形式存在。當身體需要能量時，如在運動或饑餓狀態(tài)下，體內(nèi)的激素（如腎上腺素和胰高血糖素）會促進脂肪細胞釋放脂肪。此時，三酰甘油會被分解為甘油和游離脂肪酸，釋放出的游離脂肪酸會被運輸?shù)郊毎木€粒體內(nèi)，氧化分解成能量或者轉化為糖類。

（三）蛋白質代謝過程

蛋白質是生命體中重要的組成部分，參與細胞的結構、功能和調節(jié)。在細胞呼吸中，蛋白質代謝雖然不是主要的能量來源，但在特定情況下，它也可以為身體提供能量。

蛋白質的代謝首先始于分解，稱為蛋白質水解。飲食中攝入的蛋白質經(jīng)過消化系統(tǒng)的作用，分解成氨基酸。氨基酸是蛋白質的基本單位，身體需要從食物中獲得這些氨基酸，尤其是必需氨基酸，攝入后，氨基酸進入血液并被運輸?shù)郊毎?。在細胞中，氨基酸可以被用來合成新的蛋白質，以支持細胞的生長和修復。當身體處于能量缺乏的狀態(tài)——例如饑餓或劇烈運動時——細胞可以將氨基酸轉化為能量，這個過程涉及氨基酸的脫氨基作用，即去掉氨基團（-NH2），生成酮酸和氨，脫氨基后產(chǎn)生的氨是有毒的，身體會通過尿素循環(huán)將其轉化為尿素，然后通過腎臟排出。氨基酸的其他部分則變成酮酸，這些酮酸可以進入克雷布斯循環(huán)，進一步氧化為二氧化碳和水，釋放能量。除了提供能量，氨基酸在體內(nèi)也被用來合成各種重要的分子，包括激素、酶和抗體等。這些蛋白質對維持身體的正常功能至關重要，因此，雖然蛋白質可以被用作能量來源，但其主要作用還是支持身體的結構和功能。