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定義
呼吸作用是指生活細胞中的有機物在一系列酶的作用下逐步氧化分解，同時釋放能量的過程。
呼吸作用，是生物體細胞把有機物氧化分解並產生能量的化學過程，又稱為細胞呼吸（Cellularrespiration）。無論是否自養，細胞內完成生命活動所需的能量，都是來自呼吸作用。真核細胞中，線粒體是與呼吸作用最有關聯的胞器，呼吸作用的幾個關鍵性步驟都在其中進行。
呼吸作用概述
呼吸作用是生物體在細胞內將有機物氧化分解並產生能量的化學過程，又稱為細胞呼吸（Cell respiration）。無論是否自養，生物體細胞內完成生命活動所需的能量都是來自呼吸作用。真核細胞中，線粒體是與呼吸作用最有關聯的細胞器，呼吸作用的幾個關鍵性步驟都在其中進行。生物的生命活動都需要消耗能量，這些能量來自生物體內糖類、脂類和蛋白質等有機物的氧化分解。生物體內的有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其他產物，並且釋放出能量的總過程，叫做呼吸作用(又叫生物氧化)。
呼吸作用是一種酶促氧化反應，但雖然名為氧化反應，不論是否有氧氣參與，都可稱作呼吸作用（這是由於在化學上，有電子轉移的反應過程皆可被稱為氧化）。有氧氣參與時的呼吸作用稱之為有氧呼吸，沒有氧氣參與的反應則被稱為無氧呼吸。同樣多的有機化合物，進行無氧呼吸時可以產生的能量比進行有氧呼吸時要少。有氧呼吸與無氧呼吸是細胞內不同的反應，與生物體沒有直接的關係。即使是呼吸氧氣的生物，其細胞內也可以進行無氧呼吸。呼吸作用的目的是透過釋放儲存在食物中的能量以製造三磷酸腺苷（ATP），即細胞最主要的直接能量供應者。
呼吸作用的過程可以比擬為氫與氧的燃燒，但兩者間最大的不同是，呼吸作用透過一連串的反應步驟，一步步地使食物中的能量放出，而非像燃燒般的一次性釋放。在呼吸作用中，三大營養物質：碳水化合物、蛋白質和脂質的基本組成單位，葡萄糖、胺基酸和脂肪酸被分解成更小的分子，透過數個步驟，將能量轉移到還原性氫（化合價為+1的氫）中。最後經過一連串的電子傳遞鏈，氫被氧化生成水，原本存存在其中的能量則轉移到ATP分子上，供生命活動使用。
影響呼吸作用的因素
內因
1、植物的種類、器官、組織類型
2、植物的發育階段
外因
1、溫度
2、水分
3、氧氣和二氧化碳
4、機械創傷
呼吸類型
有氧呼吸
生物進行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量能量的過程。有氧呼吸是高等動物和植物進行呼吸作用的主要形式，因此，通常所說的呼吸作用就是指有氧呼吸。細胞進行有氧呼吸的主要場所是線粒體。一般說來，葡萄糖是細胞進行有氧呼吸時最常利用的物質。
有氧呼吸的全過程，可以分為三個階段：第一個階段，一個分子的葡萄糖分解成兩個分子的丙酮酸，在分解的過程中產生少量的氫（用[H]表示），同時釋放出少量的能量。這個階段是在細胞質基質中進行的；第二個階段，丙酮酸經過一系列的反應，分解成二氧化碳和氫，同時釋放出少量的能量。這個階段是線上粒體中進行的；第三個階段，前兩個階段產生的氫，經過一系列的反應，與氧結合而形成水，同時釋放出大量的能量。這個階段也是線上粒體中進行的。以上三個階段中的各個化學反應是由不同的酶來催化的。在生物體內，1mol的葡萄糖在徹底氧化分解以後，共釋放出2870kJ的能量，其中有1161kJ左右的能量儲存在ATP中，其餘的能量都以熱能的形式散失了。
能量變化在有氧呼吸過程中，葡萄糖徹底氧化分解，1mol的葡萄糖在徹底氧化分解以後，共釋放出2870kJ的能量，其中有1161kJ的能量儲存在ATP中，其餘的能量都以熱能的形式散失了。
有氧呼吸公式第一階段 C6H12O6酶→細胞質基質=2丙酮酸+4[H]+能量（2ATP）
第二階段 2丙酮酸+6H2O酶→線粒體基質=6CO2+20[H]+能量（2ATP）
第三階段 24[H]+6O2酶→線粒體內膜=12H2O+能量（34ATP）
總反應式 C6H12O6+6H2O+6O2酶→6CO2+12H2O+大量能量（38ATP）
指物質在細胞內的氧化分解，具體表現為氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷（ATP）的生成，又稱細胞呼吸。其根本意義在於給機體提供可利用的能量。細胞呼吸可分為3個階段，在第1階段中，各種能源物質循不同的分解代謝途徑轉變成乙醯輔酶A。在第2階段中，乙醯輔酶A（乙醯CoA）的二碳乙醯基，通過三羧酸循環轉變為CO2和氫原子。在第3階段中，氫原子進入電子傳遞鏈（呼吸鏈），最後傳遞給氧，與之生成水；同時通過電子傳遞過程伴隨發生的氧化磷酸化作用產生ATP分子。生物體主要通過脫羧反應產生CO2，即代謝物先轉變成含有羧基（-COOH）的羧酸，然後在專一的脫羧酶催化下，從羧基中脫去CO2。細胞中的氧化反應可以“脫氫”、“加氧”或“失電子”等多種方式進行，而以脫氫方式最為普遍，也最重要。在細胞呼吸的第1階段中包括一些脫羧和氧化反應，但在三羧酸循環中更為集中。三羧酸循環是在需氧生物中普遍存在的環狀反應序列。循環由連續的酶促反應組成，反應中間物質都是含有3個羧基的三羧酸或含有2個羧基的二羧酸，故稱三羧酸循環。因檸檬酸是環上物質，又稱檸檬酸循環。也可用發現者的名子命名為克雷布斯循環。在循環開始時，一個乙醯基以乙醯-CoA的形式，與一分子四碳化合物草醯乙酸縮合成六碳三羧基化合物檸檬酸。檸檬酸然後轉變成另一個六碳三羧酸異檸檬酸。異檸檬酸脫氫並失去CO2，生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。後者再脫去1個CO2，產生四碳二羧酸琥珀酸。最後琥珀酸經過三步反應，脫去2對氫又轉變成草醯乙酸。再生的草醯乙酸可與另一分子的乙醯CoA反應，開始另一次循環。循環每運行一周，消耗一分子乙醯基（二碳），產生2分子CO2和4對氫。草醯乙酸參加了循環反應，但沒有淨消耗。如果沒有其他反應消除草醯乙酸，理論上一分子草醯乙酸可以引起無限的乙醯基進行氧化。環上的羧酸化合物都有催化作用，只要小量即可推動循環。凡能轉變成乙醯CoA或三羧酸循環上任何一種催化劑的物質，都能參加這循環而被氧化。所以此循環是各種物質氧化的共同機制，也是各種物質代謝相互聯繫的機制。三羧酸循環必須在有氧的情況下進行。環上脫下的氫進入呼吸鏈，最後與氧結合成水並產生ATP，這個過程是生物體內能量的主要來源。呼吸鏈由一系列按特定順序排列的結合蛋白質組成。鏈中每個成員，從前面的成員接受氫或電子，又傳遞給下一個成員，最後傳遞給氧。在電子傳遞的過程中，逐步釋放自由能，同時將其中大部分能量，通過氧化磷酸化作用貯存在ATP分子中。不同生物，甚至同一生物的不同組織的呼吸鏈都可能不同。有的呼吸鏈只含有一種酶，也有的呼吸鏈含有多種酶。但大多數呼吸鏈由下列成分組成，即：煙醯胺脫氫酶類、黃素蛋白類、鐵硫蛋白類、輔酶Q和細胞色素類。這些結合蛋白質的輔基（或輔酶）部分，在呼吸鏈上不斷地被氧化和還原，起著傳遞氫（遞氫體）或電子（遞電子體）的作用。其蛋白質部分，則決定酶的專一性。為簡化起見，書寫呼吸鏈時常略去其蛋白質部分。上圖即是存在最廣泛的NADH呼吸鏈和另一種FADH2呼吸鏈。圖中用MH2代表任一還原型代謝物，如蘋果酸。可在專一的煙醯胺脫氫酶（蘋果酸脫氫酶）的催化下，脫去一對氫成為氧化產物M（草醯乙酸）。這類脫氫酶，以NAD+（煙醯胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP+（煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）為輔酶。這兩種輔酶都含有煙醯胺（維生素PP）。在脫氫反應中，輔酶可接受1個氫和1個電子成為還原型輔酶，剩餘的1個H+留在液體介質中。
NAD++2H(2H++2e)NADH+H+
NADP++2H(2H++2e)NADPH+H+
黃素蛋白類是以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或黃素單核苷酸（FMN）為輔基的脫氫酶，其輔基中含核黃素（維生素B2）。NADH脫氫酶就是一種黃素蛋白，可以將NADH的氫原子加到輔基FMN上，在NADH呼吸鏈中起遞氫體作用。琥珀酸脫氫酶也是一種黃素蛋白，可以將底物琥珀酸的1對氫原子直接加到輔基FAD上，使其氧化生成延胡索酸。FADH2繼續將H傳遞給FADH2呼吸鏈中的下一個成員，所以FADH2呼吸鏈比NADH呼吸鏈短，伴隨著呼吸鏈產生的ATP也略少。鐵硫蛋白類的活性部位含硫及非卟啉鐵，故稱鐵硫中心。其作用是通過鐵的變價傳遞電子：Fe3++eFe2+。這類蛋白質線上粒體內膜上，常和黃素脫氫酶或細胞色素結合成複合物。在從NADH到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中心，有的在NADH脫氫酶中，有的和細胞色素b及c1有關。輔酶Q是一種脂溶性醌類化合物，因廣泛存在於生物界故又名泛醌。其分子中的苯醌結構能可逆地加氫還原成對苯二酚衍生物，在呼吸鏈中起中間傳遞體的作用。細胞色素是一類以鐵卟啉（與血紅素的結構類似）為輔基的紅色或棕色蛋白質，在呼吸鏈中依靠鐵的化合價變化而傳遞電子：Fe3++eFe2+。目前，發現的細胞色素有 b、c、c1、aa3等多種。這些細胞色素的蛋白質結構、輔基結構及輔基與蛋白質部分的連線方式均有差異。在典型的呼吸鏈中，其順序是b→c1→c→aa3→O2。現在還不能把a和a3分開，而且只有aa3能直接被分子氧氧化，故將a和a3寫在一起並稱之為細胞色素氧化酶。生物界各種呼吸鏈的差異主要在於組分不同，或缺少某些中間傳遞體，或中間傳遞體的成分不同。如在分枝桿菌中用維生素K代替輔酶Q；又如許多細菌沒有完整的細胞色素系統。呼吸鏈的組成雖然有許多差異，但其傳遞電子的順序卻基本一致。生物進化越高級，呼吸鏈就越完善。與呼吸鏈偶聯的ATP生成作用叫做氧化磷酸化。NADH呼吸鏈每傳遞1對氫原子到氧，產生3個ATP分子。FADH2呼吸鏈則只生成2個ATP分子。
無氧呼吸
無氧呼吸一般是指細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物質分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。這個過程對於高等植物、高等動物和人來說，稱為無氧呼吸。如果用於微生物（如乳酸菌、酵母菌），則習慣上稱為發酵。細胞進行無氧呼吸的場所是細胞質基質。
蘋果儲藏久了會有酒味；高等植物在水淹的情況下，可以進行短時間的無氧呼吸，將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，並且釋放出少量的能量，以適應缺氧的環境條件；高等動物和人體在劇烈運動時，儘管呼吸運動和血液循環都大大加強了，但是仍然不能滿足骨骼肌對氧的需要，這時骨骼肌內就會出現無氧呼吸。高等動物和人體的無氧呼吸產生乳酸。此外，還有一些高等植物的某些器官在進行無氧呼吸時也可以產生乳酸，如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等。
植物的呼吸作用無氧呼吸的全過程，可以分為兩個階段：第一個階段與有氧呼吸的第一個階段完全相同；第二個階段是丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者轉化成乳酸。以上兩個階段中的各個化學反應是由不同的酶來催化的。在無氧呼吸中，葡萄糖氧化分解時所釋放出的能量，比有氧呼吸釋放出的要少得多。例如，1mol的葡萄糖在分解成乳酸以後，共放出196.65kJ的能量，其中有61.08kJ的能量儲存在ATP中，其餘的能量都以熱能的形式散失了。
二者的區別
無氧呼吸:
指生活細胞對有機物進行的不完全的氧化。這個過程沒有分子氧參與，其氧化後的不完全氧化產物主要是酒精。總反應式：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+226千焦耳(54千卡)在高等植物中常將無氧呼吸稱為發酵。其不完全氧化產物為酒精時，稱為酒精發酵；為乳酸則稱為乳酸發酵。在缺氧條件下，只能進行無氧呼吸，暫時維持其生命活動。無氧呼吸最終會使植物受到危害，其原因，一方面可能是由於有機物進行不完全氧化、產生的能量較少。於是，由於巴斯德效應，加速糖酵解速率，以補償低的ATP產額。隨之又會造成不完
全氧化產物的積累，對細胞產生毒性；此外，也加速了對糖的消耗，有耗盡呼吸底物的危險。
有氧呼吸:
有氧呼吸是指細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量的能量的過程。有氧呼吸是高等動植物進行呼吸作用的主要形式。
無氧呼吸公式:
酒精發酵:C6H12O6----2C2H5OH+2CO2+能量
(橫線應改為箭頭,上標:酶)
乳酸發酵:C6H12O6----2C3H6O3+能量
(橫線應改為箭頭,上標:酶)
有氧呼吸公式:
C6H12O6+6H2O+6O2酶→6CO2+12H2O+38ATP
有氧呼吸主要線上粒體內,而無氧呼吸主要在細胞基質內.
有氧呼吸需要分子氧參加,而無氧呼吸不需要分子氧參加
有氧呼吸分解產物是二氧化碳和水,無氧呼吸分解產物是:酒精或者乳酸
有氧呼吸釋放能量較多,有氧呼吸釋放能量較少.
歷史發展過程
在遠古時期，地球的大氣中沒有氧氣，那時的微生物適應在無氧的條件下生活，所以這些微生物（專性厭氧微生物）體內缺乏氧化酶類，至今仍只能在無氧的條件下生活。隨著地球上綠色植物的出現，大氣中出現了氧氣，於是也出現了體內具有有氧呼吸酶系統的好氧微生物。可見，有氧呼吸是在無氧呼吸的基礎上發展而成的。儘管現今生物體的呼吸形式主要是有氧呼吸，但仍保留有無氧呼吸的能力。由上述分析可以看出，無氧呼吸和有氧呼吸有明顯的不同。
無氧呼吸和有氧呼吸的過程雖然有明顯的不同，但是並不是完全不同。從葡萄糖到丙酮酸，這個階段完全相同，只是從丙酮酸開始，它們才分別沿著不同的途徑形成不同的產物：在有氧條件下，丙酮酸徹底氧化分解成二氧化碳和水，全過程釋放較多的能量；在無氧條件下，丙酮酸則分解成為酒精和二氧化碳，或者轉化成乳酸，全過程釋放較少的能量。硝化細菌是兼性厭氧性細菌，兼有兩種呼吸方式。
生物的呼吸作用
1、呼吸作用(不是呼吸)：指生物體的有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其它產物，並且釋放出能量的過程。2、有氧呼吸：指細胞在有氧的參與下，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，同時釋放出大量能量的過程。3、無氧呼吸：一般是指細胞在無氧的條件下，通過酶的催化作用，把等有機物分解為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。4、發酵：微生物的無氧呼吸。有關知識
1、有氧呼吸：①場所：先在細胞質的基質，後線上粒體。②過程：第一階段、(葡萄糖)C6H12O6→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量(細胞質的基質);第二階段、2C3H4O3(丙酮酸)→6CO2+20[H]+少量能量(線粒體);第三階段、24[H]+O2→12H2O+大量能量(線粒體)。
2、無氧呼吸(有氧呼吸是由無氧呼吸進化而來)：①場所：始終在細胞質基質②過程：第一階段、和有氧呼吸的相同;第二階段、2C3H4O3(丙酮酸)→C2H5OH(酒精)+CO2(或C3H6O3乳酸)②高等植物被淹產生酒精(如水稻)，(蘋果、梨可以通過無氧呼吸產生酒精);高等植物某些器官(如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根)產生乳酸，高等動物和人無氧呼吸的產物是乳酸。
3、有氧呼吸與無氧呼吸的區別和聯繫①場所：有氧呼吸第一階段在細胞質的基質中，第二、三階段線上粒體②O2和酶：有氧呼吸第一、二階段不需O2;第三階段：需O2，第一、二、三階段需不同酶;無氧呼吸--不需O2，需不同酶。③氧化分解：有氧呼吸--徹底，無氧呼吸--不徹底。④能量釋放：有氧呼吸(釋放大量能量38ATP)---1mol葡萄糖徹底氧化分解，共釋放出2870kJ的能量，其中有1161kJ左右的能量儲存在ATP中;無氧呼吸(釋放少量能量2ATP)--1mol葡萄糖分解成乳酸共放出196.65kJ能量，其中61.08kJ儲存在ATP中。⑤有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段相同。
4、呼吸作用的意義：為生物的生命活動提供能量。為其它化合物合成提供原料。
5、關於呼吸作用的計算規律是：①消耗等量的葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼吸產生的二氧化碳物質的量之比為1：3②產生同樣數量的ATP時無氧呼吸與有氧呼吸的葡萄糖物質的量之比為19：1。如果某生物產生二氧化碳和消耗的氧氣量相等，則該生物只進行有氧呼吸;如果某生物不消耗氧氣，只產生二氧化碳，則只進行無氧呼吸;如果某生物釋放的二氧化碳量比吸收的氧氣量多，則兩種呼吸都進行。
6、產生ATP的生理過程例如：有氧呼吸、光反應、無氧呼吸(暗反應不能產生)。在綠色植物的葉肉細胞內，形成ATP的場所是：細胞質基質(無氧呼吸)、葉綠體基粒(光反應)、線粒體(有氧呼吸的主要場所)
意義
對生物體來說，呼吸作用具有非常重要的生理意義
第一，呼吸作用能為生物體的生命活動提供能量。呼吸作用釋放出來的能量，一部分轉變為熱能而散失，另一部分儲存在ATP中。當ATP在酶的作用下分解時，就把儲存的能量釋放出來，用於生物體的各項生命活動，如細胞的分裂，植株的生長，礦質元素的吸收，肌肉的收縮，神經衝動的傳導等。
第二，呼吸過程能為體內其他化合物的合成提供原料。在呼吸過程中所產生的一些中間產物，可以成為合成體內一些重要化合物的原料。例如，葡萄糖分解時的中間產物丙酮酸是合成胺基酸的原料。
第三，呼吸作用可以增強植物對傷、|病的抵抗力。植物受傷是，受傷部位細胞的呼吸作用迅速增強，有利於傷口的癒合，使傷口迅速木質化或栓質化，阻止病菌侵染。植物染病時，病菌分泌毒素，危害植物，但傳染的組織呼吸作用往往迅速提高，促使毒素氧化分解，從而消除毒性。
由此可見，呼吸作用時維持植物生命活動不可缺少的生理過程。
套用
發酵工程：發酵工程是指採用工程技術手段，利用生物，主要是微生物的某些功能，為人類生產有用的生物產品，或者直接用微生物參與控制某些工業生產過程的一種技術。人們熟知的利用酵母菌發酵製造啤酒、果酒、工業酒精，利用乳酸菌發酵製造乳酪和酸牛奶，利用真菌大規模生產青黴素等都是這方面的例子。隨著科學技術的進步，發酵技術也有了很大的發展，並且已經進入能夠人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產產品的現代發酵工程階段。現代發酵工程作為現代生物技術的一個重要組成部分，具有廣闊的套用前景。例如，利用DNA重組技術有目的地改造原有的菌種並且提高其產量；利用微生物發酵生產藥品，如人的胰島素、干擾素和生長素等。
呼吸作用公式
有機物+氧（通過線粒體） →二氧化碳+水+能量
呼吸作用的目的
是透過釋放食物里之能量，以製造三磷酸腺苷（ATP），即細胞最主要的直接能量供應者。
呼吸作用的過程
呼吸作用的過程,可以比擬為氫與氧的燃燒，但兩者間最大分別是：呼吸作用透過一連串的反應步驟，一步步使食物中的能量放出，而非像燃燒般的一次性釋放。在呼吸作用中，三大營養物質：碳水化合物、蛋白質和脂質的基本組成單位──葡萄糖、胺基酸和脂肪酸，被分解成更小的分子，透過數個步驟，將能量轉移到還原性氫（化合價為+1的氫）中。最後經過一連串的電子傳遞鏈，氫被氧化生成水；原本貯存在其中的能量，則轉移到ATP分子上，供生命活動使用。
呼吸作用的過程總覽