每周答疑丨无氧呼吸产生的［Ｈ］有积累吗？

疑问：无氧呼吸会不会有［Ｈ］的积累？细胞无氧呼吸产生的[H]到哪去了？无氧呼吸产生的[H]的作用？

这个问题起源于2010年湖南高考生物第2题的C选项，题目见下：

(2010·湖南，T2）下列关于呼吸作用的叙述，正确的是

A．无氧呼吸的终产物是丙酮酸B．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水C．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累D．质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多

之所以这个题目会有疑问是因为教材是这样说的：

第二个阶段是，丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。

教材中没有提到[H]去向，而题目中考到[H]是否积累的问题，这就是疑问产生的根源。

教材中没讲第二阶段利用[H]，那么是不是说明无氧呼吸第二阶段不需要[H]呢？实际上并不是，只是教材这里简单处理了。今天咱们就来谈谈无氧呼吸第一阶段产生的[H]的作用以及去向。

酒精发酵的第一个阶段，与糖酵解（有氧呼吸第一阶段）的步骤完全相同。然后在缺氧的情况下，丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下，脱羧形成乙醛，乙醛则在乙醇脱氢酶的作用下，被糖酵解产物──NADH还原为酒精（乙醇）。而NADH本身被氧化成NAD⁺。

葡萄糖分解成丙酮酸的情况与上述酒精发酵相同，只是丙酮酸是在乳酸脱氢酶的作用下还原成乳酸，同时还原型辅酶Ⅰ（NADH）被氧化成氧化型辅酶Ⅰ（NAD⁺），从而保证了乳酸发酵的持续进行。如下图：

那么，第一阶段产生的[H]有没有被利用完呢？如果没利用完的话，还会有积累，请看下图：

由图可知，无论是酒精发酵还是乳酸发酵，第一阶段产生的两分子NADPH在第二阶段正好被用完，产生两分子的NAD⁺。

可见，无氧呼吸无论是产生酒精和二氧化碳还是产生乳酸，第一阶段产生的［Ｈ］（即NADH）都会被丙酮酸氧化成NAD⁺。所以[H]并没有积累。所以刚才湖南的第2题答案为D。

紧接着第二年，海南第4题的D选项又考了这个知识点，题目见下：

（2011年·海南，4）细胞内糖分解代谢过程如下图，下列叙述错误的是（　　）

A. 植物细胞能进行过程①和③或过程①和④

B. 真核细胞的细胞质基质中能进行过程①和②

C. 动物细胞内，过程②比过程①释放的能量多

D. 乳酸菌细胞内，过程①产生[H]，过程③消耗[H]

解析：有的植物细胞无氧呼吸产生乳酸，比如马铃薯块茎，甜菜块根等，有的能产生酒精，A正确；真核细胞进行有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行，第二、第三阶段是在线粒体中进行，②是第二和第三阶段，B错；是第二和第三阶段释放的能量比地阶段多，C正确；通过前面的分析可知，乳酸菌细胞内，过程①产生[H]，过程③消耗[H]，D正确。

答案：B

最后再来个练习：

如图为人体糖代谢的部分途径。

请分析回答：

(1)据图可知，细胞呼吸的启动需要________供能。

(2)在酶的催化下，丙酮酸和________结合生成乳酸，在缺氧状态下，该酶的活性________。

(3)某物质只使线粒体内膜上的ATP合成酶失活，对[H]的氧化没有影响，因此该物质使有氧呼吸第三阶段释放出来的能量全部转化成________。若将该物质加入到酵母菌中，葡萄糖的氧化分解________(填“能”或“不能”)继续进行。

(4)糖原贮积病是由于遗传性糖代谢障碍，致使糖原在组织内过多沉积而引起的疾病，因此______________是糖原贮积病的最主要累及器官。

解析：(1)由图可知，葡萄糖在转变成6­磷酸葡萄糖的过程中需要ATP供能，因此细胞呼吸的启动需要ATP供能。(2)人体细胞无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸被[H]还原成乳酸，需要酶参与催化，在缺氧状态下，无氧呼吸的速率升高，因此可推测在缺氧状态下，该酶的活性升高。(3)某物质只使线粒体内膜上的ATP合成酶失活，对[H]的氧化没有影响，说明该物质使有氧呼吸第三阶段释放出来的能量全部以热能形式散失。该物质只影响ATP的合成，不影响葡萄糖的氧化分解，因此将该物质加入到酵母菌中，葡萄糖的氧化分解能继续进行。(4)糖原合成部位主要在肝脏和肌肉，糖原贮积病是由于遗传性糖代谢障碍，致使糖原在组织内过多沉积而引起的疾病，因此肝脏和肌肉是糖原贮积病的最主要累及器官。

答案：(1)ATP

(2)[H]　升高　

(3)热能　能　

(4)肌肉和肝脏

相关阅读：