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22 呼吸作用
22.1 呼吸作用的基本概念(課本 3,p. 22-3)
A 呼吸作用是甚麼?(課本 3,p. 22-3)
� (1) _______________ (respiration) 是指生物透過體內一連串受控制的
(2) _______________ 分解反應,從食物釋出(3) _______________ 的過程。
� (4) _______________ 是呼吸作用最常用的受質。
� 在呼吸作用的過程中,葡萄糖透過一連串由(5) _______________ 控制的化學
反應,逐步分解成(6) _______________ 和(7) _______________。
� 葡萄糖儲存的化學能經不同步驟逐步釋出,所儲存的能量中,約 45% 轉移至
(8) _______________,其餘約 55% 以(9) _______________ 的形式散失。
� 總結呼吸作用過程的方程式:
B ATP 在細胞新陳代謝的角色是甚麼?(課本 3,p. 22-4)
� 呼吸作用中釋出的部分能量會用來把磷酸鹽 (P) 和 ADP 結合,形成
(11) _______________,這個過程稱為(12) _______________ (phosphorylation)。
� ATP 在其產生的細胞中用作(13) _______________。ATP 能夠迅速分解成 ADP 和磷
酸鹽,過程會提供(14) _______________(少量 / 大量)能量。ATP 分解時所產生
的 ADP 和磷酸鹽可以(15) _______________ 於呼吸作用中,產生更多 ATP。
ATP
ADP + P
分解葡萄糖
釋出的能量
供給細胞活動
的能量
▲ ATP 的形成和分解
葡萄糖 + 氧 (10) _______________ + 水 + 能量 (ATP) 酶
�
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� 細胞裏很多代謝活動都由 ATP 所提供的能量推動,例如:
- 食物分子藉(16) _______________ 在消化道被吸收
- (17) _______________ 分裂
- (18) _______________ 的傳遞
- (19) _______________ 收縮
- 生物分子的(20) _______________(例如氨基酸縮合成蛋白質)
C 呼吸作用有哪些種類?(課本 3,p. 22-5)
� 需要氧的呼吸作用稱為(21) _______________ (aerobic respiration)。
� 不需要氧的呼吸作用稱為(22) _______________ (anaerobic respiration)。
� 與需氧呼吸相比,缺氧呼吸所產生的 ATP 數目較(23) _______________(多 / 少),
兩者的生成物也(24) _______________(相同 / 不同)。
22.2 呼吸作用發生的部位(課本 3,p. 22-6)
� 兩種呼吸作用的首個階段都是在(1) _______________ 進行,需氧呼吸的其他階段
則在(2) _______________ 進行。
� 線粒體的結構:
� 較(7) _______________ 的細胞,例如肌肉細胞、脂肪細胞、肝細胞和精子都含有
許多線粒體。
(4) _______________
(高度摺疊,附有呼吸作用
所需的(5) ______________)
膜間腔
(3) _______________
(6) _______________
(mitochondrial matrix)
(含有酶)
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22.3 需氧呼吸(課本 3,p. 22-9)
� 需氧呼吸需要(1) _______________ 才能進行,過程可分為三個主要階段,分別是
(2) _______________ (glycolysis)、(3) _______________ (Krebs cycle) 和
(4) _______________ (oxidative phosphorylation)。
A 糖酵解(課本 3,p. 22-9)
� 糖酵解是需氧呼吸的首個階段,它在(5) _______________ 發生,並不需要
(6) _______________。糖酵解包括兩個主要步驟,反應由位於(7) _______________
的酶催化。
1 葡萄糖分解形成丙糖磷酸
� 葡萄糖分子首先經(8) _______________(即加添磷酸鹽團基)而活化,磷酸鹽由
(9) _______________ 提供。磷酸化的過程會消耗(10) _____________ 個 ATP 分子,
活化後的葡萄糖分子會分解成兩個(11) _______________ 分子。
2 丙糖磷酸氧化形成丙酮酸鹽
� 每個丙糖磷酸分子會(12) _______________ 成另一個三碳化合物——
(13) _______________,過程中會產生兩個 ATP 分子。同時,丙糖磷酸會失去
(14) _______________,即(15) _______________(氧化 / 還原),氫由載體分子
(16) _______________(菸酰胺腺嘌呤二核苷酸)接受,使它(17) ______________
(氧化 / 還原)成(18) _______________。NADH 會在呼吸作用的最後階段用作
(19) _______________ 供體,用來形成更多 ATP 分子。
葡萄糖(六碳) 2 丙糖磷酸(三碳) 2 丙酮酸鹽(三碳)
2 ATP 2 ADP + 2 P 2 NAD 2 NADH
4 ATP 4 ADP + 4 P
▲ 糖酵解
� 葡萄糖分解形成
丙糖磷酸 � 丙糖磷酸氧化形成
丙酮酸鹽
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糖酵解與克雷伯氏循環之間的連繫
� 糖酵解產生的(20) _______________ 會運送到(21) _______________ 內,並進入
克雷伯氏循環。不過,丙酮酸鹽並不會直接進入循環,而是首先轉化為一種稱為
(22) _______________ (acetyl-CoA) 的化學物。
� 在轉化過程中,丙酮酸鹽的其中一個(23) _______________ 原子會除去,以
(24) _______________ 的形式釋出。餘下的二碳化合物會失去(25) _____________,
氫由 NAD 接受,形成(26) _______________。接著,二碳化合物與輔酶 A 結合,形
成(27) _______________。上述轉化過程由位於(28) _______________ 的酶催化。
� 每個經糖酵解後的葡萄糖分子,會形成(29) _______________ 個乙酰輔酶 A 分子。
換句話說,輔酶 A 成為把乙酰團基帶到克雷伯氏循環的(30) ______________ 分子。
B 克雷伯氏循環(課本 3,p. 22-11)
� 克雷伯氏循環在(31) _______________ 中發生,它包括兩個主要步驟,由基質內特
定的(32) _______________ 催化。
1 乙酰輔酶 A 與四碳化合物結合
� 乙酰輔酶 A(二碳)與一個已存在於線粒體基質的四碳化合物結合,形成一個
(33) _______________ 化合物,並釋出輔酶 A。因此,輔酶 A 可以不停地
(34) _______________,把其他從丙酮酸鹽形成的乙酰團基帶到克雷伯氏循環中。
丙酮酸鹽(三碳)
NAD NADH
輔酶 A CO2
乙酰輔酶 A(二碳)
乙酰輔酶 A(二碳)+ 四碳化合物 六碳化合物
輔酶 A
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2 四碳化合物的再生
� 六碳化合物會逐步(35) _______________,使原來的四碳化合物再生。過程中,
六碳化合物的其中(36) ____________ 個碳原子會除去,並以(37) _______________
的形式釋出。同時,六碳化合物也會失去(38) _______________,氫由 NAD 接受,
使 NAD 還原成(39) _______________。
� 除 NAD 外,另一種載體分子(40) _______________(黃素腺嘌呤二核苷酸)也會
接受氫,並還原成(41) _______________。另外,過程中還會產生一個
(42) _______________ 分子。
六碳化合物
四碳化合物
3 NAD 3 NADH 2 CO2
ATP ADP + P FADH FAD
六碳化合物 四碳化合物
乙酰輔酶 A(二碳) (由糖酵解生成的一個
丙酮酸鹽分子轉化而成)
輔酶 A
乙酰輔酶 A 與
四碳化合物結合
四碳化合物
再生
2 CO2
3 NAD 3 NADH
ATP ADP + P
FADH
FAD
克雷伯氏循環
▲ 克雷伯氏循環
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C 氧化磷酸化(課本 3,p. 22-13)
� 需氧呼吸的最後階段在線粒體的(43) _______________(外膜 / 內膜)進行。由於
這階段透過把 NADH 和 FADH (44) _______________,進行(45) _______________ 來
產生 ATP 分子,因此這階段又稱為氧化磷酸化。
� 在糖酵解和克雷伯氏循環產生的 NADH 和 FADH 分子失去(46) ______________,分
別(47) _______________ 成 NAD 和 FAD。NAD 和 FAD 失去氫而再生,可再次用於
糖酵解和克雷伯氏循環中接受(48) _______________。
� 氫原子會分裂成(49) _______________ 離子和(50) _______________。
� 電子經一系列(51) _______________ 反應釋出能量,產生(52) _______________ 分
子。這些反應由線粒體(53) _______________(外膜/ 內膜)上的酶催化。
� 最後,氫離子和電子與最終電子受體—— (54) _______________ 結合,形成
(55) _______________。
註: 每個 NADH 分子的氧化會產生 3 個 ATP 分子;
每個 FADH 分子的氧化會產生 2 個 ATP 分子。
NADH NAD 氧化
FADH FAD 氧化
+ H+
e–
+
+ e–
+
由氧 (O2) 接受 水 (H2O)
經一系列氧化還原反應
產生 ATP
�
▲ NADH 和 FADH 的氧化,及所釋出的氫離子與電子的去向
H+
�
�
�
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D 需氧呼吸的總結(課本 3,p. 22-14)
1 需氧呼吸產生的 ATP 數目
� 每個葡萄糖分子產生的 ATP 總數:
階 段 產生的載體分子數目 產生的 ATP 數目
糖酵解 2 ATP
2 NADH
2
2 × 3 = 6
丙酮酸鹽轉化為
乙酰輔酶 A 2 NADH 2 × 3 = 6
克雷伯氏循環
2 ATP
6 NADH
2 FADH
2
6 × 3 = 18
2 × 2 = 4
每個葡萄糖分子產生的 ATP 總數 (56) _______________
2 需氧呼吸的反應式
� 要把一個葡萄糖分子完全分解共需要(57) _______________ 個氧分子,過程中會
釋放(58) _______________ 個二氧化碳分子和(59) _______________ 個水分子,並
產生(60) _______________ 個 ATP 分子。
3 氧對需氧呼吸的重要性
� 氧只參與(61) _______________,作為最終(62) _______________ 受體。
� 可是,如果沒有氧,NADH 和 FADH 分子釋放的電子便不能參與一系列氧化還原
反應,(63) _______________ 也會終止,使 NAD 和 FAD 分子無法再生。結果,
(64) _______________ 無法進行,只有(65) _______________ 能繼續進行,於是產生
的 ATP 分子數目會大幅(66) _______________。
C6H12O6 + 6 O2
葡萄糖 氧
6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
二氧化碳 水 能量
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E 探究生物的需氧呼吸(課本 3,p. 22-17)
� 生物的需氧呼吸會產生二氧化碳。利用(67) ___________________ (hydrogencarbonate
indicator) 或(68) _____________ (lime water) 可測試生物產生的氣體中有沒有二氧化碳。
� 呼吸作用釋出的能量中,大約 55% 會以(69) _______________ 的形式散失。因此,
如果圍繞生物身體的(70) _______________ 上升,便顯示生物正在進行呼吸作用。
� 參 閱
實驗 22.1 探究萌發種子會否產生二氧化碳
(課本 3,p. 22-17;校本評核實驗作業 3 • 4,p. 22-1)
實驗 22.2 探究活鼠會否產生二氧化碳
(課本 3,p. 22-18;校本評核實驗作業 3 • 4,p. 22-4)
實驗 22.3 探究萌發種子會否產生熱
(課本 3,p. 22-19;校本評核實驗作業 3 • 4,p. 22-7)
實驗 22.4 探究活鼠會否產生熱
(課本 3,p. 22-20;校本評核實驗作業 3 • 4,p. 22-10)
2 NADH
2 NADH
2 FADH
6 NADH
2 ATP
2 ATP
34 ATP
2 CO2
4 CO2
2 乙酰輔酶 A
2 丙酮酸鹽
葡萄糖
糖酵解
克雷伯氏循環
氧化磷酸化
O2
細胞質
線粒體基質
線粒體內膜
▲ 需氧呼吸的總結
H2O
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22.4 缺氧呼吸(課本 3,p. 22-22)
� 缺氧呼吸不需要(1) _______________,過程只在(2) _______________ 進行。
� 跟需氧呼吸相似,缺氧呼吸由(3) _______________ 開始,葡萄糖會氧化成丙酮酸
鹽。可是,由於沒有氧,丙酮酸鹽無法繼續進行克雷伯氏循環和氧化磷酸化,只
能進入另一個途徑,產生不同的生成物。
A 乙醇和二氧化碳在酵母中的形成(課本 3,p. 22-22)
� 酵母是一種單細胞(4) _______________。在氧供應不足的情況下,酵母會進行缺氧
呼吸。過程中,丙酮酸鹽還原成(5) _______________(一種酒精),並釋出
(6) _______________,而再生的(7) _______________ 可重新用於糖酵解中,再次接
受氫。
� 葡萄糖經缺氧途徑形成乙醇的過程,稱為(8) ______________ (alcoholic fermentation)。
� 進行酒精發酵時,葡萄糖只局部分解成(9) _____________ 和(10) ______________。
� 與需氧呼吸比較,每個葡萄糖分子進行酒精發酵時,只能透過糖酵解產生
(11) ______________ 個 ATP 分子,大量(12) _______________ 能仍然被困在生成物
乙醇內,因此缺氧呼吸比需氧呼吸釋放的能量(13) ______________(多 / 少)。
� 某些植物的細胞也能夠在氧供應不足的情況下進行酒精發酵。例如有些植物的
種子和根細胞在(14) ______________ 的土壤中會進行酒精發酵。
葡萄糖(六碳) 2 乙醇(二碳)
2 NADH 2 NAD
2 CO2 2 ATP 2ADP + 2 P
2 丙酮酸鹽(三碳)
2 NAD 2 NADH
糖酵解
能量 (2 ATP) + 2 乙醇 + 2 二氧化碳 葡萄糖
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B 乳酸在肌肉中的形成(課本 3,p. 22-24)
� 一般情況下,骨骼肌細胞會進行需氧呼吸。但如果(15) ______________ 需求突然
增加,它們也會進行缺氧呼吸。當我們在短時間內進行劇烈運動時,這情況便可
能發生。
� 骨骼肌細胞進行缺氧呼吸時,葡萄糖會首先進行糖酵解,氧化成
(16) _______________。在沒有氧的情況下,丙酮酸鹽會接受 NADH 的氫,還原成
(17) _______________ (lactic acid),過程中再生的 NAD 可重新用於糖酵解,乳酸則
會釋進(18) _______________ 中。
� 葡萄糖經缺氧途徑產生乳酸的過程,稱為(19) _______________ (lactic acid
fermentation)。
� 進行乳酸發酵時,只能透過糖酵解產生(20) ____________ 個
ATP 分子。可是,由於這個過程十分(21) ______________,
當進行劇烈運動時,缺氧呼吸能在短時間內提供
(22) _______________ 能量,使肌肉收縮更有力和更頻密。
▲ 進行單車速度賽時能量主要由缺氧呼吸提供
葡萄糖(六碳) 2 乳酸(三碳)
2 NADH 2 NAD
2 ATP 2 ADP + 2 P
2 丙酮酸鹽(三碳)
2 NAD 2 NADH
糖酵解
能量 (2 ATP) + 2 乳酸 葡萄糖
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� 做劇烈運動後,我們會加快和加深呼吸一段時間,以吸入額外的(23) _____________
來把(24) _______________ 分解成二氧代碳和水,肝也會把乳酸轉化為
(25) _______________。用來移除血液中的乳酸而額外吸入的氧,稱為
(26) _______________ (oxygen debt)。
C 缺氧呼吸的工業用途(課本 3,p. 22-26)
� 酵母的酒精發酵可應用於:
- 釀製(27) _______________ 和(28) _______________;
- 烘焙麵包時使(29) _______________ 脹起;
- 製造乙醇作為(30) _______________ (biofuel)。
� 細菌的乳酸發酵可應用於:
- 製造(31) _______________;
- 製造(32) _______________。
� 參 閱
實驗 22.5 設計實驗以探究酵母的酒精發酵
(課本 3,p. 22-23;校本評核實驗作業 3 • 4,p. 22-13)
休息 運動 恢復期 休息
時間
吸入
氧的
速率
氧債
▲ 運動時和運動後吸入氧速率的變化
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22.5 比較需氧呼吸和缺氧呼吸(課本 3,p. 22-29)
需氧呼吸 缺氧呼吸
相同之處
� 把有機物(1) _______________ 分解,釋出能量
� 能量轉移至能量載體(2) _______________,部分能量會以
(3) _______________ 的形式散失
� 涉及一連串由(4) _______________ 控制的反應
� 在細胞質和(5) ______________
發生
� 只在(6) _______________ 發生
� (7) _______________(需要 /
不需要)氧
� (8) _______________(需要 /
不需要)氧
� 有機物完全分解成二氧化碳和
(9) _______________
� 有機物只局部分解,產生
(10) _______________,或
(11) _______________ 及
二氧化碳
不同之處
� 釋出(12) _______________
(較少 / 大量)能量
(每個葡萄糖分子產生 38 個
ATP 分子)
� 釋出(13) _______________
(較少 / 大量)能量
(每個葡萄糖分子產生 2 個
ATP 分子)
22.6 呼吸作用和光合作用的關係(課本 3,p. 22-30)
1 分子的相互轉換
� 環境中部分二氧化碳和水是由(1) _______________ 作用產生的。透過光合作用,
環境中的二氧化碳和水會轉化為(2) _______________ 化合物,把來自太陽的光能
儲存起來。透過呼吸作用,光合作用製造的有機化合物被分解,釋出能量來產生
(3) _______________。
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2 能量的流動
� 呼吸作用和光合作用之間不斷有分子相互轉換。這樣的分子轉換可作為環境與生
物之間(4) _______________ 流的橋樑,容許能量在(5) _______________ 中流動。
光合作用
呼吸作用
二氧化碳 水
能量
葡萄糖
氧
植物進行光合作用,
把 (6) ________ 能
轉換為
(7) ________ 能,
儲存在食物內。
生物進行呼吸作
用,把有機化合
物分解,釋出能
量,產生
(8) _________。
▲ 呼吸作用和光合作用之間分子的轉換,怎樣帶動環境與生物間能量的流動
太陽
▲ 呼吸作用和光合作用之間分子的相互轉換
葡萄糖
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� ATP 是光合作用和呼吸作用的(9) _______________ 載體。
- 在(10) _______________(光合作用 / 呼吸作用)中,ATP 把葉綠素吸收的光
能輸送到(11) _______________ 循環,以產生有機化合物。
- 在(12) _______________(光合作用 / 呼吸作用)中,ATP 把有機化合物氧化
分解時釋出的能量,供應給細胞以推動代謝活動。
� 呼吸作用和光合作用過程的異同:
呼吸作用 光合作用
發生的部位 � 所有活細胞
(細胞質和線粒體)
� 含(13) _____________ 的細胞
新陳代謝
種類
� (14) _______________ 代謝;
藉氧化把有機食物分解,釋出
能量
� (15) _______________ 代謝;
藉還原產生有機食物,儲存
能量
能量轉換
� 儲存於食物中的
(16) _______________ 能轉換
成 ATP 和熱
� (17) _______________ 能轉換
成食物的化學能
光合作用
呼吸作用
ATP
ADP + P
ATP
ADP + P
能量儲存在
有機化合物內 葉綠素
吸收光能
能量釋出,
以推動細胞
的代謝活動
▲ ATP 在光合作用和呼吸作用中的角色
接下
頁
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呼吸作用 光合作用
� 兩者均涉及活化步驟
活化
過程
和
產生
的生
成物
� 透過利用 ATP 把葡萄糖磷酸
化,活化葡萄糖
� 活化的葡萄糖透過
(18) _______________ 受控地
分解,形成 ATP 和 NADH
� 透過吸收光活化
(19) _______________
� 電子被激發至高能量水平
循環
過程
和
產生
的生
成物
克雷伯氏循環
� 除去(20) _______________ 中
的二氧化碳
� 形成 NADH、FADH 和 ATP
卡爾文循環
� 二氧化碳被(21) ____________
化合物固定在循環中
� 利用 NADPH 和 ATP 形成
(22) _______________,再結合
成葡萄糖
� ATP 也用來再生五碳化合物
� 兩者均涉及電子傳遞
� 電子傳遞時,逐步釋出能量,形成(23) _______________
能量
轉換
過程
中涉
及的
反應
電子
傳遞
和A
TP的
形成
� NADH 和 FADH 所攜帶的
電子最終由(24) ____________
接受
� ATP 透過氧化磷酸化形成,即
NADH 和 FADH 透過磷酸化而
氧化,推動 ATP 的形成
� ATP 也透過
(25) _______________,在糖酵
解和克雷伯氏循環的過程中
形成
� 葉綠素的電子最終由
(26) _______________ 接受
� ATP 透過
(27) _______________ 形成
(NADPH 和 ATP 會用來推動
卡爾文循環中的反應)
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參考答案
第 22 章 呼吸作用
22.1
1 呼吸作用 2 氧化 3 能量 4 葡萄糖 5 酶
6 二氧化碳 / 水 7 水 /二氧化碳 8 ATP 9 熱 10 二氧化碳
11 ATP 12 磷酸化 13 能量載體 14 少量 15 循環再用
16 主動轉運 17 細胞 18 神經脈衝 19 肌肉 20 合成
21 需氧呼吸 22 缺氧呼吸 23 少 24 不同
22.2
1 細胞質 2 線粒體 3 外膜 4 內膜 5 酶
6 線粒體基質 7 活躍
22.3
1 氧 2 糖酵解 3 克雷伯氏循環 4 氧化磷酸化 5 細胞質
6 氧 7 細胞質 8 磷酸化 9 ATP 10 兩
11 丙糖磷酸 12 氧化 13 丙酮酸鹽 14 氫 15 氧化
16 NAD 17 還原 18 NADH 19 氫 20 丙酮酸鹽
21 線粒體 22 乙酰輔酶 A 23 碳 24 二氧化碳 25 氫
26 NADH 27 乙酰輔酶 A 28 線粒體基質 29 兩 30 載體
31 線粒體基質 32 酶 33 六碳 34 再生 35 氧化
36 兩 37 二氧化碳 38 氫 39 NADH 40 FAD
41 FADH 42 ATP 43 內膜 44 氧化 45 磷酸化
46 氫 47 氧化 48 氫 49 氫 50 電子
51 氧化還原 52 ATP 53 內膜 54 氧 55 水
56 38 57 六 58 六 59 六 60 38
61 氧化磷酸化 62 電子 63 氧化磷酸化 64 克雷伯氏循環 65 糖酵解
66 減少 67 碳酸氫鹽指示劑 68 石灰水 69 熱
70 氣溫
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22.4
1 氧 2 細胞質 3 糖酵解 4 真菌 5 乙醇
6 二氧化碳 7 NAD 8 酒精發酵 9 乙醇 / 二氧化碳
10 二氧化碳 / 乙醇 11 兩 12 化學 13 少
14 鎖水 15 能量 16 丙酮酸鹽 17 乳酸 18 血液
19 乳酸發酵 20 兩 21 簡單 22 額外 23 氧
24 乳酸 25 糖原 26 氧債 27 啤酒 / 葡萄酒
28 葡萄酒 / 啤酒 29 麵糰 30 生物燃料 31 酸乳酪
32 芝士
22.5
1 氧化 2 ATP 3 熱 4 酶 5 線粒體
6 細胞質 7 需要 8 不需要 9 水 10 乳酸
11 乙醇 12 大量 13 較少
22.6
1 呼吸 2 有機 3 ATP 4 能量 5 生態系
6 光 7 化學 8 ATP 9 能量 10 光合作用
11 卡爾文 12 呼吸作用 13 葉綠體 14 分解 15 合成
16 化學 17 光 18 糖酵解 19 葉綠素 20 丙酮酸鹽
21 五碳 22 丙糖磷酸 23 ATP 24 氧 25 磷酸化
26 NADP 27 光磷酸化