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有氧呼吸是指細胞或微生物在氧氣的參與下，通過多種酶的催化作用，把有機物徹底氧化分解（通常以分解葡萄糖為主），產生二氧化碳和水，釋放能量，合成大量ATP的過程。（例外：硝化細菌有氧呼吸產生硝酸和水）
有氧呼吸是高等動、植物進行呼吸作用的主要形式，通常所說的呼吸作用就是指有氧呼吸。有氧呼吸在細胞質基質和線粒體中進行，且線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所。 生物化學將有氧呼吸主要分為兩個階段。第一階段，是在細胞質里進行的糖酵解:即在無氧條件下把葡萄糖轉化為丙酮酸，並產生少量ATP和NADH。第二階段，是在線粒體進行的檸檬酸循環:即在有氧條件下把丙酮酸轉化為二氧化碳和水，並產生少量的GTP和大量的NADH與FADH2。最終，糖酵解和檸檬酸循環所產生的NADH和FADH2進入氧化磷酸化過程，代謝產生大量ATP。至此完成有氧呼吸的全過程。
中文名有氧呼吸
外文名Aerobic respiration
條 件細胞在氧氣和酶的參與下
載 體高等動、植物進行呼吸作用
場 所細胞質基質和線粒體
產 物二氧化碳、水、能量
階段
此處以最常見最廣泛的葡萄糖分解為例。
第一階段
有氧呼吸過程示意
在細胞質的基質中，一個分子的葡萄糖分解成兩個分子的丙酮酸，同時脫下4個[H](活化氫)；在葡萄糖分解的過程中釋放出少量的能量，其中一部分能量用於合成ATP，產生少量的ATP。這一階段不需要氧的參與，是在細胞質基質中進行的。
反應式：C6H12O6酶→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量 (2ATP)（4[H]為4NADH）。
第二階段
線粒體結構示意
丙酮酸進入線粒體的基質中，兩分子丙酮酸和6個水分子中的氫全部脫下，共脫下20個[H]，丙酮酸被氧化分解成二氧化碳；在此過程釋放少量的能量，其中一部分用於合成ATP，產生少量的能量。這一階段也不需要氧的參與，是在線粒體基質中進行的。
反應式：2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶→20[H]+6CO2+少量能量 (2ATP)（20[H]為16NADH和2FADH2）。
第三階段
在線粒體的內膜上，前兩階段脫下的共24個[H]與從外界吸收或葉綠體光合作用產生的6個O2結合成水；在此過程中釋放大量的能量，其中一部分能量用於合成ATP，產生大量的能量。這一階段需要氧的參與，是在線粒體內膜上進行的。
反應式：24[H]+6O2酶→12H2O+大量能量(34ATP) （24[H]為10*2NADH和2*FADH2）。
1NADH生成2.5ATP（舊為3ATP），1FADH2生成1.5ATP（舊為2ATP）。
[H]是一種十分簡化的表示方式。這一過程中實際上是氧化型輔酶Ⅰ（NAD+）轉化成還原性輔酶Ⅰ（NADH + H+），和FAD+轉化為FADH2。
有氧呼吸主要在線粒體內，而無氧呼吸主要在細胞基質內。
有氧呼吸需要氧氣分子參加，而無氧呼吸不需要氧氣分子參加。
有氧呼吸分解產物是二氧化碳、水和大量能量（ATP），而無氧呼吸分解產物主要是酒精或乳酸以及少量能量。
有氧呼吸釋放能量較多，無氧呼吸釋放能量較少。[1]
總反應式
C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+大量能量（最多38個ATP，一般是29-30個ATP）
過程中的能量變化
在有氧呼吸過程中，葡萄糖徹底氧化分解，1mol的葡萄糖在徹底氧分解以後，共釋放出2870kJ的能量，其中有1161kJ的能量儲存在ATP中，1709kJ以熱能形式散失。利用率為40.45%