癌細胞有迅速分解增殖的本性,為了在短時間內得到充分的能量,於其緩慢的有氧呼吸,喜歡迅速的無氧呼吸。



呼吸作用,又稱為細胞呼吸(Cellular respiration),是生物體細胞把有機物氧化分解並轉化能量的化學過程,也稱為釋放作用。無論是否自營,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,粒線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。

呼吸作用是一種酶促氧化反應。雖名為氧化反應,不論有否氧氣參與,都可稱作呼吸作用(這是因為在化學上,有電子轉移的反應過程,皆可稱為氧化)。有氧氣參與時的呼吸作用,稱之為有氧呼吸;沒氧氣參與的反應,則稱為無氧呼吸。

呼吸作用的目的,是透過釋放食物裡之能量,以製造三磷酸腺苷,即細胞最主要的直接能量供應者。呼吸作用的氫與氧的燃燒,但兩者間最大分別是:呼吸作用透過一連串的反應步驟產生能量(ATP),而燃燒則是將能量一次性的釋放。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0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。

細胞的食物-葡萄糖

正常細胞 : 葡萄糖 → 粒腺體 → 二氧化碳 + 水

癌細胞: 葡萄糖 → 細胞質 → 乳酸


無氧呼吸是在細胞質生成能量的時候沒有氧氣參與,有氧呼吸是在粒腺體,通過氧氣的氧化過程生成能量的過程。


有氧呼吸是完全分解過程,最終產物為二氧化碳和誰。


無氧呼吸是不完全分解過程,中間產物有乳酸。乳酸是乳酸菌發酵過程中產生,也在人體細胞產生。


乳酸菌產生乳酸的過程叫發酵,在細胞沒有乳酸菌也可以通過無氧呼吸產生乳酸。


其原因是葡萄糖分解為乳酸時需要的酵素一樣。體內所有化學反應有酵素的參與,乳酸菌的發酵過程和在細胞經過無氧呼吸製造過程有同樣的酵素參與,所以產生中間產物乳酸。

通過乳酸菌產生乳酸的過程稱之為發酵,細胞通過無氧呼吸產生乳酸的過程,稱之為無氧呼吸。


發酵是單細胞產生中間產物時,對人體有益就稱之為發酵,若相反,有害時,稱之為腐敗。


在細胞內沒有充分的氧氣的時候,會進行無氧呼吸。正常細胞在粒腺體與氧氣結合分解葡萄糖產生ATP。但,因為某種原因細胞內的氧氣不足,細胞不是有氧氣的參與分解葡萄糖,而是在細胞質通過無氧呼吸產生能量。



有氧呼吸與無氧呼吸的產生能量的效率比較

有氧呼吸產生能量(ATP)是需要氧氣的。儘管醣類、脂肪和蛋白質都可以作為反應物而被處理和消耗,然而在糖解作用下降解成的丙酮酸卻是首選;並且丙酮酸為了被三羧酸循環完全氧化,它還需要進入粒線體。這個過程中由受質級磷酸化、還原型菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸(FADH2)所產生的能量是在以ATP(三磷酸腺苷)的形式儲存起來。

醣類參與的有氧呼吸簡化反應如下(反應條件從略):


C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) + 能量 , ΔG = -2880千焦耳(每莫耳葡萄糖)

部分教材會在左邊加上6個H2O(水),右邊生成的H2O相應為12,以表示每消耗1個葡萄糖分子就有6個水分子參與中間反應,但實際上有氧呼吸的過程複雜得多,中間參與反應的也不只有水,故此處將6H2O約去。

自由能變(ΔG)是負值說明此反應可自發進行。


NADH與FADH2中的還原勢通過電子傳遞鏈將電子送達作為「最終電子受體」的氧氣並被轉換為更多的ATP。大多數由有氧呼吸產生出來的ATP是由氧化磷酸化所製造。這個工作是由消耗丙酮酸所產生的能量以推動將質子泵入粒線體膜間隙所產的H+濃度梯度所完成的。接下來這個化學滲透勢驅使ATP合酶將腺苷二磷酸以及無機磷酸合成三磷酸腺苷。生物書上常稱在細胞呼吸中每氧化一分子葡萄糖可以生成32個ATP分子(兩個來自於糖解,兩個來自於三羧酸循環以及大約34個來自於電子傳遞系統)。然而,這個最大產量由於質子損失(內膜滲漏)以及推動丙酮酸進入粒線體基質的因素而永遠無法達到,現在估計的是每一分子葡萄糖可以生成29~30個ATP分子。

有氧代謝能量轉換效率約為40%[1][2],大約比無氧代謝(每莫耳葡萄糖大約生成2莫耳ATP)的效率要高19倍。他們都有糖解這一起始途但有氧代謝繼續進行了三羧酸循環以及氧化磷酸化步驟。糖解後反應發生在真核細胞的粒線體以及原核細胞的胞漿中。



簡單比較


無氧呼吸: 一個葡萄糖 → 2個 ATP 產生

有氧呼吸: 一個葡萄糖 → 38個 ATP 產生
(一個細胞產生穩定的能量)


癌細胞是有氧呼吸減少,無氧呼吸增加的細胞


癌細胞的能量生成


白色肌肉細胞以外,人體內喜好通過無氧呼吸產生能量的細胞。
那個細胞就是癌細胞。

癌細胞有迅速分解增殖的本性,為了在短時間內得到充分的能量,於其緩慢的有氧呼吸,喜歡迅速的無氧呼吸。而且癌細胞迴避粒腺體有氧呼吸的原因是,在有氧呼吸的過程中有活性氧產生,癌細胞對這個活性氧非常脆弱,有氧呼吸的比率增加對癌細胞的生存不利。

因為癌細胞是在無氧呼吸比例增加的時候開始產生。

與有氧呼吸相比,無氧呼吸比例增加,會演變出癌細胞的發展。

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