2.4.2.2 线粒体及其中的催化物质
普通的线粒体像个橄榄球（图2－13），是细胞在有氧条件下进行呼吸的主要场所。一个普通细胞可能含有几百到一千个线粒体，很大的细胞可含有几十万个，而厌氧菌里一个也没有。线粒体内含有多种酶、辅酶和细胞色素，这些物质能催化在线粒体内进行着呼吸作用的三个主要过程，即三羧酸循环、电子传递和氧化磷酸化作用。线粒体具有很精致的结构，它由一层内膜和一层外膜组成，内膜表面充分扩展，折成很多皱褶或嵴，以扩增它的面积。这些嵴陷入整个线粒体的内部，嵴与嵴之间，内膜与外膜之间是结构不定的物质，称为基质。嵴的表面上有很多小球体，可能就是能催化生物电子传递和磷酸化作用的酶分子复合体。在外膜上松散地连接着三羧酸循环过程所需的酶和很多能催化辅助反应的酶。
呼吸酶是内酶，主要包括对氧化还原反应有催化能力的氧化酶、脱氢酶、过氧化氢酶以及能在基团迁移反应中起催化作用的氨基转移酶、磷酸基转移酶等。此外，在线粒体内膜上还附有各种细胞色素，它们是以铁卟啉复合体为辅基的血色素蛋白。细胞色素具有电子载体的功能，这种功能是借助于其中铁离子能经受可逆的价态变化来实现的。细胞色素主要有四种，定名为a、b、c和d。在生物氧化链索中占最重要地位的是细胞色素c，它的结构如图2－14所示，其辅基与蛋白部分肽链中两个半胱氨酸分子相连。细胞色素c是一种可溶物，氧化型为黄色，还原型为红色；耐热而不易变形，含铁约0.43％，分子量约13000。
生物氧化过程之所以需要多种催化剂交替作用来完成，主要是为了构成某种氧化还原电位梯度，反应逐级进行，可使过程顺利完成，放出大量能量。
2.4.2.3好氧呼吸作用进行的过程
好氧呼吸作用就是在氧气参与下，将生物体内的能量物质氧化分解为最简单产物（二氧化碳和水）的过程。在这一过程中，同时放出一定能量。呼吸过程总的反应如下：
C6H12O6 6O2→6CO2 6H2O 2880kJ
由上式可见，从外界环境吸入的氧参加了这个氧化分解过程，而放出的二氧化碳是过程的产物。在呼吸过程中，氧和二氧化碳的交换，是最明显和最易被研究的外部特征。但实际上整个呼吸作用是一个非常复杂的过程。
好氧呼吸作用（包括三羧酸循环、电子转移、氧化磷酸化作用）及其先期能量物质的消化作用，是维持好氧生物的生命所必须的两种功能。消化能量物质的功能很像一个代谢的“磨石”，能把大分子氧化成小分子并进一步发生代谢；如果生物不能对其有所利用，就将它们排泄掉。呼吸作用的功能恰如一个“发动机”，维持着细胞的活动，并保证细胞进行各种活动时能提供足够量的可利用的化学能。
能量物质指的就是淀粉、脂肪和蛋白质。以哺乳动物为例，在消化道内各种消化酶作用下，将能量物质消化分解为可以吸收的小分子有机物。淀粉分解为葡萄糖，脂肪分解为甘油和脂肪酸，蛋白质分解为氨基酸。在分解大分子化合物的同时，将它们所含的大量化学能释放出来，供生命活动利用。对细菌来说，则是通过向介质（如水）分泌外酶，将存在于介质中的能量物质水解为小分子有机物，然后摄入体内，再进行内呼吸作用。
糖类是上述三类有机物中的主要能量物质。下面就以葡萄糖为例，叙述该能量物质如何在呼吸过程中最后转化为CO2和H2O这两种产物的。
1）葡萄糖酵解生成丙酮酸的过程
所谓酵解指的是在无氧条件下进行分解的过程，这还只能算是有氧呼吸之前的一个先行过程。图2－15所示的葡萄糖酵解过程包括很多步骤，最后的产物是丙酮酸。丙酮酸再经氧化，并进一步与辅酶A结合，生成作为呼吸作用第一个过程（三羧酸循环）的引发物乙酰辅酶A。