呼吸作用
基礎呼吸作用把葡萄糖逐步氧化釋放能量：糖酵解在細胞質淨產 2 個 ATP，需氧途徑在線粒體經克雷伯氏循環和氧化磷酸化大量產能，缺氧途徑在肌肉產乳酸、在酵母產乙醇和二氧化碳。
- 呼吸作用把葡萄糖逐步氧化，能量以 ATP 形式轉移，供細胞各項活動使用。
- 糖酵解在細胞質進行、不需氧，一分子葡萄糖淨產 2 個 ATP 和兩分子丙酮酸鹽。
- 需氧途徑在線粒體：克雷伯氏循環釋出二氧化碳與攜能分子，氧化磷酸化大量產生 ATP，氧作最終受體成水。
文體小知識：科學知識說明文——沿糖酵解、需氧途徑和缺氧途徑追蹤葡萄糖逐步釋能的過程，說明 ATP 的產生部位與運動時的缺氧呼吸。
§課文原文 Passage
1呼吸作用是每個活細胞時刻進行的過程：把食物分子（主要是葡萄糖）逐步氧化分解，釋放其中的化學能，並以三磷酸腺苷（ATP）的形式捕獲和轉移，供肌肉收縮、主動轉運和細胞分裂等活動使用。它不同於肺部的氣體交換，而是細胞層面的化學過程。
2呼吸作用的第一段是糖酵解，在細胞質進行，不需氧氣：一分子葡萄糖先被拆成兩分子丙糖磷酸，再各自氧化為丙酮酸鹽，過程淨產 2 個 ATP，並產生攜帶能量的 NADH。
3氧氣充足時，丙酮酸鹽進入線粒體，先轉為乙酰輔酶 A，再進入克雷伯氏循環：乙酰輔酶 A 與四碳化合物結合成六碳化合物，循環反應逐步脫去二氧化碳，產生更多攜能分子和少量 ATP。
4最後一段氧化磷酸化同樣在線粒體進行：攜能分子把先前捕獲的能量逐步釋出，用於大量合成 ATP，令整個需氧途徑的產能遠高於糖酵解；氧氣作為最終受體與氫結合成水，反應得以持續。
5氧氣不足時，細胞改走缺氧途徑：肌肉細胞把丙酮酸鹽轉為乳酸，積聚令肌肉痠痛疲勞；酵母則轉為乙醇和二氧化碳，麵包發酵和釀酒正是應用。缺氧途徑只靠糖酵解供能，淨產 2 個 ATP，產能少但快速。
1重點摘要 Summary
呼吸作用把葡萄糖逐步氧化釋放能量：糖酵解在細胞質淨產 2 個 ATP，需氧途徑在線粒體經克雷伯氏循環和氧化磷酸化大量產能，缺氧途徑在肌肉產乳酸、在酵母產乙醇和二氧化碳。
2生字卡 Vocabulary
細胞把食物分子逐步氧化、釋放能量並以 ATP 形式捕獲的過程。
細胞的能量貨幣，儲存和轉移呼吸作用釋放的能量。
在細胞質進行、不需氧的反應：葡萄糖拆成丙糖磷酸再氧化為丙酮酸鹽，淨產 2 個 ATP。
糖酵解終點的三碳化合物，需氧時進入線粒體，缺氧時轉為乳酸或乙醇。
丙酮酸鹽進入線粒體後轉成的二碳化合物，克雷伯氏循環的入口分子。
線粒體基質中逐步脫去二氧化碳並產生攜能分子和少量 ATP 的循環反應。
在線粒體內膜利用攜能分子的能量大量合成 ATP 的過程，氧作最終受體。
需要氧氣參與的呼吸途徑，產能多，最終產物為二氧化碳和水。
氧氣不足時進行的呼吸途徑，只靠糖酵解供能，產能少。
肌肉缺氧時由丙酮酸鹽轉成的物質，積聚令肌肉痠痛疲勞。
3逐步講解 Steps
- 第一步：呼吸作用是什麼呼吸作用是所有活細胞時刻進行的過程：把葡萄糖等食物分子逐步氧化分解，釋放其中的化學能，以 ATP 形式捕獲和轉移，供肌肉收縮、主動轉運、細胞分裂等活動使用。注意呼吸作用不同於肺部的氣體交換。葡萄糖需氧氧化的總反應可寫成：葡萄糖＋氧→二氧化碳＋水＋能量。舉個例子：腦細胞耗能極大，時刻依賴血液供應葡萄糖和氧氣維持呼吸作用。
- 第二步：路線總覽葡萄糖的氧化分三大段：第一段糖酵解在細胞質進行，不需氧；第二段克雷伯氏循環和第三段氧化磷酸化都在線粒體進行，需要氧氣。氧氣充足時三段全部打通，產能最多；氧氣不足時只有糖酵解可以繼續，其後接缺氧途徑。舉個例子：把葡萄糖想成一張大額紙幣，糖酵解先把紙幣拆細，線粒體再把小額逐步兌換成細碎的 ATP，方便細胞隨時取用。
- 第三步：糖酵解——在細胞質開始糖酵解在細胞質進行，不需氧氣：一分子六碳的葡萄糖先被拆成兩分子三碳的丙糖磷酸，再各自氧化為三碳的丙酮酸鹽。過程直接淨產 2 個 ATP，並把能量暫存在攜能分子 NADH 之中，留待後續步驟取用。這一段是需氧與缺氧途徑的共同起點。舉個例子：即使劇烈運動、氧氣供應緊張，肌肉細胞的糖酵解仍可全速運作，這是身體能短時間爆發力量的原因之一。
- 第四步：丙酮酸鹽進入線粒體氧氣充足時，丙酮酸鹽被運進線粒體，先脫去一個碳原子，釋出一分子二氧化碳，餘下的二碳單位與輔酶 A 結合，成為乙酰輔酶 A。這一步把糖酵解與克雷伯氏循環連接起來。舉個例子：線粒體內外膜的結構把反應分隔在不同室內進行，各種酶整齊排列，物質像生產線一樣逐站加工，這是細胞器分工的典型示範。
- 第五步：克雷伯氏循環在線粒體的基質中，乙酰輔酶 A 與一個四碳化合物結合，生成六碳化合物；六碳化合物經一連串反應逐步脫去兩個碳，以兩分子二氧化碳釋出，四碳化合物再生，循環得以繼續。過程中產生攜能分子 NADH、FADH₂ 和少量 ATP，能量大部分仍以攜能分子的形式暫存。舉個例子：克雷伯氏循環像旋轉木馬，乙酰輔酶 A 跳上去轉一圈，二氧化碳和攜能分子便逐站卸下來。
- 第六步：氧化磷酸化最後一段在線粒體內膜進行：NADH 和 FADH₂ 把先前捕獲的能量逐步釋出，用於把 ADP 和磷酸根合成大量 ATP；釋出能量後 NAD 和 FAD 再生，返回前段循環繼續運載。氧氣在這一段作為最終受體，與氫結合成水，令整條流水線不斷運轉。舉個例子：劇烈運動時呼吸和心跳加速，就是為了把氧氣及時送到線粒體，維持這一段高產能過程。
- 第七步：缺氧途徑——肌肉與酵母氧氣不足時，線粒體的流水線停頓，丙酮酸鹽不能進入克雷伯氏循環，細胞改行缺氧途徑：肌肉細胞把丙酮酸鹽轉為乳酸，酵母則轉為乙醇和二氧化碳。缺氧途徑令攜能分子再生，糖酵解得以繼續，淨產 2 個 ATP。乳酸積聚令肌肉疲勞痠痛；酵母發酵產生的二氧化碳用於焗製麵包，乙醇用於釀酒。舉個例子：麵糰在溫暖處慢慢發脹，正是酵母缺氧呼吸釋出二氧化碳的結果。
- 第八步：需氧與缺氧途徑的比較兩種途徑的關鍵分別：部位上，需氧途徑用細胞質加線粒體，缺氧途徑只在細胞質；產物上，需氧途徑最終產生二氧化碳和水，缺氧途徑在肌肉產乳酸、在酵母產乙醇和二氧化碳；產能上，需氧途徑每分子葡萄糖產生大量 ATP，缺氧途徑淨產只有 2 個。舉個例子：一百米短跑主要靠缺氧途徑快速供能，長跑則主要靠需氧途徑持續供能，兩種運動的訓練重點因此不同。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：小明跑畢 100 米後大腿痠痛、呼吸急促；休息十分鐘後痠痛漸消。試解釋跑步期間與休息時他的肌肉細胞分別進行哪種呼吸途徑，並指出各途徑產生 ATP 的位置。
- 跑步初段氧氣供應尚足，肌肉細胞以需氧途徑供能：糖酵解在細胞質淨產 2 個 ATP，克雷伯氏循環和氧化磷酸化在線粒體大量產能。
- 劇烈運動時耗氧量超過呼吸和循環所能供應，部分肌肉細胞轉用缺氧途徑：只靠糖酵解快速產能，丙酮酸鹽轉為乳酸，積聚令肌肉痠痛。
- 休息時呼吸仍然急促，身體吸取額外氧氣，把積聚的乳酸逐步氧化或轉化清除，這筆額外的氧量稱為氧債。
- 兩途徑比較：需氧途徑在細胞質加線粒體進行，產能多；缺氧途徑只在細胞質進行，淨產 2 個 ATP，產能少但快速。
- 答案：跑步時肌肉先以需氧途徑供能，其後氧供不足轉用缺氧途徑，乳酸積聚令肌肉痠痛；休息時深呼吸償還氧債，乳酸被清除，痠痛消失。ATP 產位：糖酵解在細胞質（淨 2 個 ATP），克雷伯氏循環與氧化磷酸化在線粒體（大量產能）。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1呼吸作用釋放的能量以什麼形式儲存和轉移？
Q2糖酵解在哪裡進行？一分子葡萄糖淨產多少 ATP？
Q3克雷伯氏循環在哪個細胞器進行？循環中釋放什麼氣體？
Q4劇烈運動時肌肉細胞為什麼轉用缺氧途徑？
Q5麵包發脹與酵母的哪種代謝過程有關？寫出相關產物。
8重點回顧 Recap
- 呼吸作用把葡萄糖逐步氧化，能量以 ATP 形式轉移，供細胞各項活動使用。
- 糖酵解在細胞質進行、不需氧，一分子葡萄糖淨產 2 個 ATP 和兩分子丙酮酸鹽。
- 需氧途徑在線粒體：克雷伯氏循環釋出二氧化碳與攜能分子，氧化磷酸化大量產生 ATP，氧作最終受體成水。
- 缺氧途徑：肌肉產乳酸（痠痛、氧債），酵母產乙醇和二氧化碳（發酵應用）。
- 需氧途徑產能遠高於缺氧途徑，但缺氧途徑能在短時間內快速供能。