红细胞携带氧气,为什么没有抑制它的厌氧呼吸?

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学生的问题:这几天在复习细胞呼吸,讲到贮藏水果种子等时,在低氧状态,理由是氧气浓度增加抑制了厌氧呼吸,而此时需氧呼吸还比较弱,有机物消耗少。另外,酵母菌的代谢方式也出现这种情况。有些学生提出疑问,人的成熟红细胞为什么携带氧气,不抑制它的厌氧呼吸?
要解释这一问题,一方面要了解红细胞的结构情况,红细胞的代谢特点,更要了解氧气抑制厌氧呼吸的机理。
一、哺乳动物的成熟红细胞特点
哺乳动物的成熟红细胞结构很特殊,既没有细胞核也无线粒体、核糖体等各种细胞器,却富含血红蛋白,这种结构特点与其运输O2的功能是相适应的。
因为无线粒体,红细胞进行厌氧呼吸供能,因为没有需氧呼吸的酶系统。
红细胞进行厌氧呼吸是与其运输O2的功能相适应的,因其结合和携带O2的过程中并不消耗O2,从而有效地提高了运输O2的效率。红细胞自身生命活动所消耗能量并不多,其厌氧呼吸产生能量主要是保证细胞膜上离子泵的正常运转,使红细胞维持细胞内高钾、低钙和低钠的状态,还能保证低铁血红蛋白不被氧化。若血红蛋白中的Fe2+被氧化为Fe3+,形成高铁血红蛋白,高铁血红蛋白中的Fe3+与O2的结合非常牢固,O2不能被释放出来,会造成组织细胞缺氧。
红细胞的以上特点是哺乳动物在长期进化过程中逐渐形成的。
二、氧气抑制厌氧呼吸的机理
酵母菌等兼性厌氧型的生物,在缺氧的条件下进行厌氧呼吸,当氧气充足时进行需氧呼吸,其厌氧呼吸将会受到抑制。
为什么在O2充足时,酵母菌的厌氧呼吸会受到抑制呢?
已知磷酸果糖激酶是厌氧呼吸(糖酵解)过程中关键的限速酶,ATP对磷酸果糖激酶(同行这么说,我怀疑是乳酸脱氢酶或乙醇脱氢酶,我没有查到相关的资料,待确认)具有抑制作用,在有柠檬酸、脂肪酸时会加强抑制效应,而ADP、AMP、无机磷则对此酶有激活作用,酵母菌需氧呼吸会产生较多的ATP,使ATP/ADP比值增高,无机磷相对减少,需氧呼吸过程中还会使柠檬酸等物质增多,最终抑制了磷酸果糖激酶(乳酸脱氢酶或乙醇脱氢酶?)的活性,同时NADH进入线粒体中被需氧呼吸消耗,不能还原乙醛生成乙醇,还会使糖酵解过程中的NAD和NADH不能发生周转,也影响了糖酵解速度。
由以上可知,抑制厌氧呼吸的直接原因,是生物细胞进行了需氧呼吸,在需氧呼吸的过程中发生的物质变化抑制了厌氧呼吸的进行,并不是由于O2的存在直接抑制了厌氧呼吸。