有氧代謝 

Aerobic metabolism
有氧代謝 (Aerobic metabolism)
有氧代謝則是指在細胞中因為氧氣供應充足之後所發生的一系列變化。如果真要用簡單的話來形容的話,那就是『完全燃燒』的意思!
就像每當在中秋節時,你在烤肉架上面擺了一堆的生肉鮮菜,如果沒有用火將它們烤熟的話,你實在沒辦法吃下去,可是常常在一些爐架下擺了一堆的木炭乾柴時,如果通風不足的話,常常又是升不了火而且還會發出濃烈嗆鼻的白煙。相反的,如果柴堆中的空氣流通,很快地就可燃起大火,既無濃煙而且上面的生肉生菜很快地就可以填飽大家的肚子。
人類細胞裡的情況其實和上面的情境很類似,一般來說,我們所吃的五穀雜糧米飯麵食等等類的碳水化合物,進到肚子消化分解之後,都變成很小單位的葡萄糖分子散播在血管中(就是大家熟知的血糖)。當這些血糖滲透到細胞裡面時,會先經過幾道手續將它們再分解成可以『升火』的材料,就好像在森林裡上剛砍下的一棵大樹送到家後,得先經過曬乾分枝切塊劈材等等手續才能往爐架裡添柴的情況一樣,在細胞裡的這幾道手續我們科學家稱它做『糖解作用』,顧名思義就是將進入到細胞裡的葡萄糖再分解成更小單位的過程。
從細胞獲得到葡萄糖後,到切塊分解成可以放進爐子裡燃燒之間整個『糖解作用』的過程中,雖然得花不少的力氣及能量,但也多少可以獲得一點甜頭,到最後結算起來,每個葡萄糖分子總共可產生出2個生物能量(科學家叫它們作ATP),以及2個可以放進細胞裡特殊爐子的小柴火:叫作『丙酮酸(Pyruvate)』的東西。
有氧代謝就像氧氣供應充足之後所發生的『完全燃燒』的類似情況!
糖解作用是葡萄糖進入細胞裡面再分解成更小單位(丙酮酸)的一種蛋白酶解的過程。(本圖由Thomas Shafee授權提供)
在繼續講有氧呼吸之前,讓我們先了解一下這細胞裡生物能量(ATP) 的形式以及特殊爐子是什麼?現今生活裡的食衣住行育樂等等動作已離不開『電』能,如果沒電(這裡指全部沒電)一兩個小時,電話及手機不通、捷運汽車電梯不動、喝水吃飯停擺、電腦機具工作停擺、電視網路資訊封閉、冷熱通風調節停頓……等等全面發生,時間一久,我們的文明頓時得回到古時候的社會。
同樣地,細胞內各處在用『電』就像是用電池那樣,幾乎任何一項動作(如維持細胞膜完整等等工作),都需要用掉好幾個像電池一樣的ATP生物能量。而製造這些像電池功能的ATP爐子工廠,科學家稱它作『粒線體』,它的主要功能就像是一座小型的火力發電廠一樣,將柴火經過燃燒過程獲取熱能再轉換成電能的小型儲存單位:ATP生物能量。重要的是,在最後轉換電能步驟中,需要1個氧分子將2個氫離子中和成水(H20),同時電能將可以『灌』進小小的生物電池中成為可用的ATP生物能量。
當你在烤肉如果空氣流通同時柴火也充裕的情況下,你的爐火將燒得又大又旺。同樣地,當你的細胞是處在有氧呼吸的情況下,氧氣充分時生物能量將可以被充分的製造出來,經過好多位諾貝爾得獎的科學家精密的計算之後發現,在有氧呼吸的情況下1個葡萄糖分子加上6個氧氣之後總共可以的生產38個生物能量,另外還附帶的產生6個二氧化碳以及6個水,其中包括在糖解作用時所獲得的2個ATP以及在粒線體內所製造的36個生物能量。這全部因為有氧所產生的能量代謝過程,我們稱作:有氧代謝
檸檬酸循環是有氧呼吸的第二階段。該循環以循環中一個重要中間體檸檬酸命名,又因爲檸檬酸是一種三元羧酸(tricarboxylic acid),該反應又稱爲三羧酸循環。丙酮酸通過粒線體外膜上的通道蛋白,再通過粒線體內膜上的丙酮酸轉位酶進入粒線體基質。之後,丙酮酸經丙酮酸脫氫酶複合體氧化,轉化爲可進入檸檬酸循環的乙醯輔酶A,這一過程稱爲丙酮酸氧化。檸檬酸循環發生於粒線體基質中,但也有一部分會於粒線體內膜膜上發生。原核生物的檸檬酸循環則發生於細胞質基質中。檸檬酸循環產生的還原輔酶會在氧化磷酸化過程中與氧氣反應,產生的能量會部分轉移到ATP中。(本圖由Narayanese,Yassine MrabetToto Baggins授權提供)

陳志明  博士

Dr. Balance Chen 

我們以研究並推廣人類因為慢性缺氧問題,所引發的諸多慢性疾病為努力目標

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