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呼吸作用，又称为细胞呼吸（Cellular respiration），是生物体细胞把有机物氧化分解并转化能量的化学过程，也称为释放作用。无论是否自养，细胞内完成生命活动所需的能量，都是来自呼吸作用。真核细胞中，线粒体是与呼吸作用最有关联的细胞器，呼吸作用的几个关键性步骤都在其中进行。

呼吸作用是一种酶促氧化反应。虽名为氧化反应，不论有否氧气参与，都可称作呼吸作用（这是因为在化学上，有电子转移的反应过程，皆可称为氧化）。有氧气参与时的呼吸作用，称之为有氧呼吸；没氧气参与的反应，则称为无氧呼吸。

呼吸作用的目的，是透过释放食物里之能量，以制造三磷酸腺苷，即细胞最主要的直接能量供应者。呼吸作用的氢与氧的燃烧，但两者间最大分别是：呼吸作用透过一连串的反应步骤产生能量（ATP），而燃烧则是将能量一次性的释放。在呼吸作用中，三大营养物质：碳水化合物、蛋白质和脂质的基本组成单位──葡萄糖、氨基酸和脂肪酸，被分解成更小的分子，透过数个步骤，将能量转移到还原性氢（化合价为0的氢）中。最后经过一连串的电子传递链，氢被氧化生成水；原本贮存在其中的能量，则转移到ATP分子上，供生命活动使用。

其他营养物质的氧化

脂类的氧化

脂类物质水解生成脂肪酸和甘油。其中，甘油经磷酸基的激活和酶促反应转化为磷酸二羟丙酮，后脱水变为丙酮酸，丙酮酸参加上述的呼吸过程。脂肪酸长链分子则是反复被脱去一端的两个碳原子生成乙醘辅酶A，参加克氏循环。

氨基酸的氧化

各种氨基酸可以分别经过脱氨基或脱羧基作用被氧化，脱氨基生成的氨对细胞有毒害作用，必须被排出体外或转化为其他无害物质。含碳部分的转化根据氨基酸的不同而各异，但最终都是通过某些途径成为柠檬酸循环中的物质参与循环。可见，各种营养物质的氧化路线到最后都是相同的。生物体内的诸多能量代谢具有相当高的一致性。

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