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细胞呼吸简介

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    在我看来，最重要的生化反应，
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    尤其对于人类来说，是细胞呼吸。
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    我之所以这么看重这个反应，
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    是因为这个反应说明了我们如何从食物，
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    准确地说，是从葡萄糖中获取能量。
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    最终，我们所吃的食物，
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    至少其中的碳水化合物，都会变成葡萄糖。
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    在后面的视频中，我们会讨论
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    人体是如何从脂肪或者蛋白质中获取能量的。
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    但针对细胞呼吸，让我们来了解下如何从葡萄糖
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    生成能量和其它副产物。
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    为了方便大家准确理解
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    我在这儿写一下这个过程的化学反应式。
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    关于葡萄糖的化学式，
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    它由六个碳原子，十二个氢原子和六个氧原子构成。
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    C6H12O6就是葡萄糖的化学式。
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    所以如果你有1摩尔的葡萄糖——让我写下来
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    这个是你的葡萄糖——然后针对这个1摩尔的葡萄糖
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    如果在细胞中你有6摩尔的氧气
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    ——这个可以看作细胞呼吸反应的粗略简化反应方程式
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    我想你会在这个课程接下来的几个视频中
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    深入了解这个化学过程。
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    如果你给我一些葡萄糖，
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    如果你有1摩尔的葡萄糖和6摩尔的氧气，
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    通过细胞呼吸作用——让我先在这里放个黑匣子，
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    让我选个好一点的颜色，
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    这是细胞呼吸作用。
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    我们可以看到这个是一个很复杂的过程。
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    如果你一定要深究一件事，
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    那每件事都可能是很复杂的。
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    通过细胞呼吸作用，
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    我们可以生成6摩尔的二氧化碳和6摩尔的水，
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    还有一个非常重要的产物，
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    我们会在这个过程中产生能量。
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    我们会产生能量。
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    这个能量可以被用来做很多重要的生命活动，
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    比如维持体温，比如在大脑中产生电子神经冲动。
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    人体中所需的任何能量，
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    不仅仅只是在人体中，
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    都是通过细胞呼吸作用来提供的。
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    当你说能量的时候，你可能会说，
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    老师你在上个视频中不是说ATP是生物系统中的能量货币嘛，
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    如果你上次看的刚好是那个视频的话。
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    你可能也会说，嘿，老师，
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    这里看起来葡萄糖才是生物系统中的能量货币嘛。
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    从某种意义上来说，
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    两种回答都可以是正确的。
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    但是如果我们来看下这两种物质是如何协同作用的，
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    就会发现细胞呼吸的过程中直接产生了能量，
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    而这个能量用来生成了ATP。
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    所以如果我们把细胞呼吸过程中产生的能量分配一下，
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    一些能量直接变成了热量。
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    你知道，热量可以用来维持细胞温度，
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    其中另外一部分能量，
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    根据教科书上所说，
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    生成了38个ATP。
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    ATP可以直接用于很多细胞过程，比如肌肉收缩，
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    产生神经冲动，或者其它任何关于生长、分裂
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    或者其它细胞活动所需要的能量。
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    所以说细胞呼吸作用产生能量是不准确的。
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    准确点讲，细胞呼吸就是用葡萄糖
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    生产ATP和副产物——热量。
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    但是副产物热量还是有益的。
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    我们需要维持一定的温度来确保细胞的正常工作。
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    所以这里最核心的观点是
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    用1摩尔的葡萄糖生成38摩尔的ATP。
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    （如果按照教科书上所说）
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    实际情况是，生成38摩尔的ATP只能在理想条件下才会达到。
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    我在录这个视频前看了一点教材。
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    实际情况是，根据细胞呼吸的效率，
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    1摩尔的葡萄糖更多情况下只会产生29-30摩尔的ATP。
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    但是这里有很大的差异，
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    人们还在这个领域做更加深入的研究。
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    但这就是细胞呼吸的实质。
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    在接下来的几个视频中，
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    我们会把细胞呼吸过程分解成几个连续的部分。
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    我会在这里先简单给大家介绍一下，
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    让大家可以了解这些过程是细胞呼吸的一部分。
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    细胞呼吸的第一阶段称之为糖酵解，
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    从字面上来理解就是葡萄糖的分解。
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    为了便于理解，glyco代表葡萄糖，
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    lysis代表分解。
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    就像当你看到hydrolysis水解的时候，
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    你就会明白这是用水去分解一个分子。
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    糖酵解是指葡萄糖的分解。
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    如果你想了解词源，
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    glucose葡萄糖的单词中的gluc来自于希腊语
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    表示甜的意思
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    葡萄糖确实是甜的
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    所有的糖类单词，都是以ose结尾的
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    意思为糖
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    所以你可以认为
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    glucose是一种甜的糖
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    但是不是所有的糖类都是甜的
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    比如乳糖
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    牛奶，可能会有一点点甜，但是当你真正把乳糖消化时
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    它可以转变为一种甜的糖
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    但是这种糖的甜度和葡萄糖、果糖
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    或者蔗糖是不一样的
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    不管怎样，这算是题外话吧
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    回到细胞呼吸的第一阶段糖酵解
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    或者说葡萄糖的分解
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    这个过程具体是指
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    6个碳原子的葡萄糖
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    让我把它画出来
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    像这样一个6个碳原子的分子
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    事实上它是一个碳环
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    让我给你看一下葡萄糖的真实结构
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    这个就是一个葡萄糖分子
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    你可以看到这里有一个，两个，三个
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    四个，五个，六个碳原子
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    这个我是从维基百科上找来的
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    如果你想了解葡萄糖的具体分子结构
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    你可以看着上面这个图
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    你会发现这里有6个碳原子，6个氧原子
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    这里是一，二，三，四，五，六个氧原子
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    然后其它这些蓝色的小原点
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    就是氢原子
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    这就是一个葡萄糖分子的真实结构
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    不过在糖酵解的过程中，我们可以简单地
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    把葡萄糖分子画成6个碳原子串起来的碳链
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    然后每个碳原子上面还有
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    氧原子和氢原子
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    但是它以碳作为骨架结构
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    糖酵解的过程
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    就是把这个碳骨架结构一分为二
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    然后你可以想象一下
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    葡萄糖和其它物质的分解过程
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    我没有把这个过程中所有涉及到的所有物质
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    都画在上面
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    你知道，自然界中的物质都是通过氢，氧，
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    还有其它原子之间的相互作用联结在一起的
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    那个3个碳原子的骨架结构分子
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    我们称之为丙酮酸
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    接下来我们会具体来讨论这个
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    但是糖酵解过程本身
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    需要2个ATP
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    产生4个ATP
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    所以这个过程的净产量是2个ATP
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    让我用另外一中颜色写出来——糖酵解净生成2个ATP
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    所以这个是细胞呼吸的第一阶段
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    这个过程可以在无氧的情况下进行
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    以后我会针对糖酵解做一个专门的讲解视频
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    接着糖酵解的副产物
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    会重组进入下一个阶段
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    称之为克雷布斯循环
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    循环中会产生另外2个ATP
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    接着，有趣的是
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    你可以称之为
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    克雷布斯循环后的下一个阶段
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    当我们在一个细胞中的时候
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    所有的反应是同时进行的
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    但是我们通常把这一阶段认为是在糖酵解
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    和克雷布斯循环后的第三阶段
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    这个阶段需要氧气
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    让我解释得更清楚一点，细胞呼吸第一阶段，糖酵解
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    不需要氧气的参与
  • 8:37 - 8:41
    不需要氧气
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    糖酵解过程在有氧和无氧的条件下都可以进行
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    不需要氧气
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    或者你可以称之为厌氧过程
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    这个是细胞呼吸过程中的厌氧部分
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    让我把这个也写下来
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    或许我可以把这个写在这里
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    糖酵解，因为不需要氧气
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    我们可以说它是厌氧的
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    你可能比较熟悉有氧运动
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    有氧运动就是让你呼吸地更厉害
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    因为你需要很多氧气
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    去做有氧运动
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    因此无氧意味着你不需要氧气
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    而有氧意味着你需要氧气
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    无氧意味着相对的过程
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    你不需要氧气
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    所以，糖酵解是无氧过程
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    净产生2个ATP
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    然后我们来看克雷布斯循环
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    这里有一些具体的程序在里面
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    我们接下来会具体讨论
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    但当反应进行到克雷布斯循环阶段是需氧的
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    它是有氧反应
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    它需要周围提供氧气
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    然后产生2个ATP
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    老实讲，我刚开始学习这个过程的时候
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    也有点困惑
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    但是我这么写
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    是因为一直以来都是这么写的
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    然后你就会进入——我们使用太多相同的颜色了
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    ——然后你就会进入细胞呼吸的第三个阶段
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    称之为电子传递链
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    这个过程中
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    会产生大量的ATP
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    34个ATP
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    并且这个过程是需氧的
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    它需要氧气
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    所以现在你能明白在无氧条件下
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    细胞不能产生很多能量
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    只能产生一小部分能量
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    但是在无氧条件下不可能产生
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    在有氧条件下一样数量级的能量
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    事实上当你缺乏氧气时
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    你就无法将细胞呼吸过程往糖酵解后的阶段继续推进了
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    那么在无氧条件下糖酵解后的副产物不进入克雷布斯循环
  • 10:46 - 10:48
    和电子传递链的话又发生了什么新的反应呢
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    这些副产物会进入另一个反应
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    我们称之为发酵
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    在部分有机体中
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    发酵过程会利用糖酵解产生的副产物
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    生成酒精
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    这是酒精的生产过程
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    因此也称之为酒精发酵
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    另一方面，作为我们人类，不知是幸运还是不幸
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    我们的肌肉细胞在无氧条件下不会直接生成酒精
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    而是生成乳酸
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    因此我们称之为乳酸发酵
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    让我把这个写下来
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    乳酸
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    这个过程在人类和其它哺乳动物中都存在
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    但是在其它某些生物中，比如真菌
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    在无氧情况下会进行酒精发酵
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    这也是为什么我们在短跑过程中
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    因为无法及时获得足够的氧气
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    我们的肌肉会产生并累积乳酸
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    并导致肌肉酸痛
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    这个算是一个旁证
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    所以当我们有足够的氧气，细胞呼吸
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    就可以进入克雷布斯循环阶段产生两个AT并进入电子传递链
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    并产生34个ATP
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    这个过程是细胞呼吸过程中生成大量ATP的阶段
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    这个过程我说得比较简单
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    但从某种意义上来说并不是这样的
  • 12:02 - 12:05
    因为当这些物质在细胞呼吸过程中参与反应时
  • 12:05 - 12:07
    也产生了其它分子
  • 12:07 - 12:09
    他们不是在过程中完全生成这些分子
  • 12:09 - 12:10
    而是在反应中利用这些分子；我知道这样会把问题变得复杂
  • 12:12 - 12:13
    但是我想通过这个课程接下来的几个视频
  • 12:13 - 12:16
    我们会了解到，在细胞呼吸的糖酵解和克雷布斯循环过程中
  • 12:18 - 12:20
    一直会利用NAD分子，我把它写成NAD+
  • 12:22 - 12:24
    并且在这个过程中不断加入氢原子
  • 12:24 - 12:29
    来生成NADH
  • 12:29 - 12:33
    在这个过程中，一个葡萄糖分子
  • 12:33 - 12:35
    在分解中会伴随生成10个NAD分子
  • 12:35 - 12:38
    或者说10个NAD+分子会变成NADH
  • 12:38 - 12:41
    这个也是电子传递链中的关键成分
  • 12:42 - 12:44
    针对这个我会具体解释更多 有关这个过程是如何发生的
  • 12:44 - 12:47
    还有能量是如何产生的
  • 12:47 - 12:50
    以及这个有氧反应是如何进行的和其它相关过程
  • 12:50 - 12:52
    并解释在这个过程中什么物质被氧化，什么物质被还原
  • 12:52 - 12:53
    我只是想强调这个过程的重要性
  • 12:53 - 12:55
    这些物质在糖酵解和克雷布斯循环中
  • 12:55 - 12:57
    不仅仅只是产生两个ATP
  • 12:57 - 13:01
    还有产生或者准确点说是结合生成了10个NADH
  • 13:01 - 13:06
    一个NADH会在电子传递链中
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    可以生成三个ATP
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    在这个过程中还有FAD的参与
  • 13:12 - 13:14
    FAD和NAD起类似的作用
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    只不过在过程中生成的是FADH
  • 13:18 - 13:19
    我知道这个看起来很复杂
  • 13:19 - 13:21
    我会在后面关于这个制作专门的视频
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    在这里最重要的是要记住
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    细胞呼吸是利用葡萄糖，通过重组葡萄糖中的能量
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    把能量转移存储到38个ATP中
  • 13:32 - 13:35
    如果按照教科书上所说的话
  • 13:35 - 13:37
    当然如果你在参加考试，38个应该是你的答案
  • 13:37 - 13:40
    虽然在实际情况中会是一个比38小的数值
  • 13:40 - 13:41
    因为这个过程中同时产生了热量
  • 13:41 - 13:42
    事实上很多能量都转化成了热量，而不是38个ATP
  • 13:42 - 13:46
    这个能量转化的过程是通过三个阶段实现的
  • 13:46 - 13:47
    第一个阶段就是糖酵解
  • 13:47 - 13:52
    我们可以简单理解成一个葡萄糖分子分裂成了两部分
  • 13:52 - 13:53
    同时产生了一些ATP
  • 13:53 - 13:55
    但是更重要的是产生了NADH
  • 13:55 - 13:58
    进入到后面的电子传递链中
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    接着
  • 13:59 - 14:02
    一些副产物继续在克雷布斯循环中分解
  • 14:02 - 14:04
    直接产生两个ATP
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    和更多的NADH
  • 14:06 - 14:11
    所有的NADH进入到后面的电子传递链中
  • 14:11 - 14:15
    生成大量的能量货币
  • 14:15 - 14:18
    或者说34个ATP
Title:
细胞呼吸简介
Description:

介绍细胞呼吸过程中糖酵解，克雷布斯循环和电子传递链的三个阶段
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Video Language:
English
Duration:
14:19

Chinese, Simplified subtitles

Incomplete

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