植物体内物质和能量的转变课件

第二篇第二篇第二篇第二篇 植物体内物质植物体内物质植物体内物质植物体内物质和能量的转变和能量的转变和能量的转变和能量的转变第二篇第二篇 植物体内物质和能量的转变植物体内物质和能量的转变第四章植物的呼吸作用第五章植物体内有机物的代谢第六章植物体内有机物的运输第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用掌握植物呼吸的多样性掌握影响呼吸作用的因素了解植物呼吸的调节和控制了解呼吸作用与粮食、果蔬贮藏的关系光呼吸是与光合作用伴随发生的吸收光呼吸是与光合作用伴随发生的吸收O O2 2和释放和释放COCO2 2的过的过程。整个途径要经过三种细胞器，即在叶绿体中合成程。整个途径要经过三种细胞器，即在叶绿体中合成乙醇酸，在过氧化体中氧化乙醇酸，在线粒体中释放乙醇酸，在过氧化体中氧化乙醇酸，在线粒体中释放COCO2 2。由于光呼吸与光合作用两者的底物均起始于。由于光呼吸与光合作用两者的底物均起始于RuBPRuBP，且都受，且都受RubiscoRubisco催化，因此，两者的活性比率取决于催化，因此，两者的活性比率取决于COCO2 2和和O O2 2的浓度比例。在的浓度比例。在O O2 2和和COCO2 2并存的环境中，光呼吸并存的环境中，光呼吸是不可避免的。光呼吸释放的是不可避免的。光呼吸释放的COCO2 2可被光合再固定。可被光合再固定。RuBP+15ORuBP+15O2 2+11H+11H2 2O+34ATP+15NADPH+10FdO+34ATP+15NADPH+10Fdred red 5CO 5CO2 2+34ADP+36Pi+15NADP+34ADP+36Pi+15NADP+10Fd+10Fdoxox+9H+9H+第一节呼吸作用的概念及其生理意义一、呼吸作用的概念1、概念：呼吸作用(respiration)指一切生活细胞内的有机物，在一系列酶的参与下，逐步氧化分解成简单物质，并释放出能量的过程。呼吸作用根据是否消耗分子氧，分为两种类型：有氧呼吸(aerobic respiration)无氧呼吸(anaerobic respiration)2、有氧呼吸(aerobic respiration)生活细胞利用分子氧将体内的某些有机物质彻底氧化分解,形成CO2和H2O,同时释放能量的过程。有氧呼吸与物质的燃烧的区别：3、无氧呼吸(anaerobic respiration)指生活细胞在无氧条件下利用有机物分子内部的氧,把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放能量的过程。二、呼吸作用生理意义1.为植物一切生命活动提供所需能量。2.呼吸作用的中间产物是合成体内重要有机物质的原料。3.呼吸作用可增强植物的抗病能力。第二节第二节植物的植物的呼吸代谢途径呼吸代谢途径1、糖的化学本质是、糖的化学本质是多羟醛多羟醛或或多羟酮多羟酮类及其衍生物或类及其衍生物或多聚物，包括单糖、二糖、多糖等。多聚物，包括单糖、二糖、多糖等。2、糖广泛分布于所有生物体内。、糖广泛分布于所有生物体内。3、糖在生命活动中的主要作用是、糖在生命活动中的主要作用是提供能源提供能源和和碳源碳源，人体所需能量的人体所需能量的50%-70%来自于糖。来自于糖。4、食物中的糖类主要是淀粉，淀粉被消化成其基本、食物中的糖类主要是淀粉，淀粉被消化成其基本组成单位葡萄糖后，以主动方式被吸收入血。组成单位葡萄糖后，以主动方式被吸收入血。葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖糖酵解酵解（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）糖异生糖异生反应的场所EMPEMP和和HMP(PPP)HMP(PPP)细胞质细胞质TCATCA和生物氧化和生物氧化线粒体线粒体TCATCA基质，生物氧化基质，生物氧化-内膜内膜一、糖酵解指在一系列酶的催化下，将葡萄糖分解为丙酮酸并释放能量的过程。研究糖酵解途径方面有突出贡献的三位生物化学家:Embden,Meyerhof和Parnas,又把糖酵解途径称为Embden-Meyerhof-Parnas途径,简称EMP途径。反应部位：细胞质一、糖酵解EMP的化学历程 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸第第一一阶阶段段第第二二阶阶段段第第三三阶阶段段葡萄糖葡萄糖葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解丙酮酸和丙酮酸和ATP的生成的生成第一阶段：葡萄糖的磷酸化ATP ADPATPADP己糖激酶己糖激酶/葡葡萄糖激酶萄糖激酶（肝）（肝）磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶异构酶异构酶反应不可逆反应不可逆反反应应不不可可逆逆（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P反应基本不可逆，调节位点，EMP限速步骤之一。催化此反应的激酶：已糖激酶和葡萄糖激酶。该反应耗能，由ATP提供，并将一个磷酸基团转至葡萄糖上。磷酸化的葡萄糖被限制在细胞内，这是细胞的一种保糖机制。Mg2+是必须的阳离子激酶：激酶：催化ATP分子的磷酸基（-磷酰基）转移到底物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子。第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶醛缩酶异构酶异构酶第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成NAD+NADH+H+PiADP ATPH2OMg或或MnATP ADP 丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮磷酸烯醇式丙酮酸（酸（PEP）丙酮酸激酶丙酮酸激酶甘油醛甘油醛3-磷酸脱磷酸脱氢酶氢酶磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶激酶磷酸甘磷酸甘油酸变油酸变位酶位酶烯醇化酶烯醇化酶小结：有2次底物水平磷酸化（PGald PGA；PEP Pyr）能量释放或消耗处反应不可逆。葡萄糖2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸2ATP+2NADH+2H+2H2O 途径总结 总反应式总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2O 能量计算能量计算：酵解过程中酵解过程中ATPATP净生成净生成 2ATP 糖酵解代谢途径有三个关键酶，糖酵解代谢途径有三个关键酶，即己即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶、糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶丙酮酸激酶 总反应总反应：1 1次氧化，次氧化，2 2次底物水平的磷酸化，次底物水平的磷酸化，2 2步耗能步耗能 能量释放或消耗处反应不可逆。（二）EMP的生理意义(1)糖酵解普遍存在于生物体中,是有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径。(2)糖酵解过程中产生的一系列中间产物在植物体内呼吸代谢和有机物质转化中起着枢纽作用。(3)通过糖酵解,生物体可获得生命活动所需的部分能量。(4)糖酵解途径为糖异生作用提供了基本途径。二、丙酮酸的还原糖酵解的终产物丙酮酸如何进一步分解代谢，其去路最关键的是取决于氧的有无。1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸（乳酸发酵）。或丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇（乙醇发酵）。2）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA，进入三羧酸循环，氧化供能（乙酰-CoA在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质）。3)丙酮酸作为其他物质合成的前体（如Ala）。二、丙酮酸的去路（有氧有氧）（无氧无氧）葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA糖糖酵解途径酵解途径三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解葡萄糖葡萄糖EMP NADH+H+NAD+CH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+NAD+CO2 乳酸乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸 葡萄糖的无氧分解葡萄糖的无氧分解丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EPM）葡萄糖葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸三羧酸循环循环 NAD+NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系糖的有氧降解一、一、三羧酸循环三羧酸循环概念：丙酮酸氧化脱羧形成乙酰概念：丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA，在有氧条件下，在有氧条件下，经经过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解生成过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解生成COCO2 2生成生成NADHNADH、FADHFADH、ATPATP的过程。简称的过程。简称TCATCA循环循环。由于英国生物化学家由于英国生物化学家H.A.KrebsH.A.Krebs在在TCATCA循环研究方面的突出贡循环研究方面的突出贡献，故又称为献，故又称为KrebsKrebs循环循环。因柠檬酸是该循环的一个重要中间产物，而又名因柠檬酸是该循环的一个重要中间产物，而又名柠檬酸循环柠檬酸循环。三、三羧酸循环概念：三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle)指丙酮酸在有氧条件下，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解生成CO2的过程。又称为柠檬酸环或Krebs环，简称TCA循环。糖酵解产生的丙酮酸是通过丙酮酸转运器丙酮酸转运器（pyruvatetranslocator）输入线粒体基质的。丙酮酸转运器位于线粒体内膜，促进丙酮酸和线粒体基质中OH-进行电中性交换，使丙酮酸进入线粒体基质。（一）Pyr的氧化脱羧形成乙酰CoA1、细胞定位：线粒体基质中2、丙酮酸脱氢酶系位于线粒体内膜上的多酶复合体（二）TCA循环的化学历程乙酰CoA经一系列（8步）的氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O，并产生能量的过程，即乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，再经一系列的氧化、脱羧，循环后再生草酰乙酸，其中生成2CO2，3（NADH+H+），1GTP(ATP)，1FADH2。（1）草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸催化这一反应的酶是柠檬酸合成酶。（2）柠檬酸异构化形成异柠檬酸乌头酸酶催化。水分子加到顺乌头酸的双键上有严格的立体专一性。（3）异柠檬酸氧化该反应是三羧酸循环中第一个氧化还原反应，反应产生一份子的还原型辅酶I(NDAH+H+).这一反应被ADP和NAD+激活，被ATP，NADH抑制。（4）-酮戊二酸氧化脱羧这一反应是第二个氧化还原反应。其反应的酶系统与丙酮酸脱氢酶系是相似。反应的调节受产物、NADH和ATP抑制。（5）琥珀酰CoA裂解并生产ATP这是三羧酸循环惟一一次底物水平磷酸化反应的步骤。前5步反应，进行了2步脱羧反应，脱掉了2个碳原子，即将加入的1分子乙酰基团消耗完了。接下来的反应是将琥珀酸转变成第一步反应的底物，OAA。（6）琥珀酸脱氢反应这一反应生成的是FADH2，而不是NADH，在进一步的反应中，FADH2生成2分子的ATP，而NADH将生成3分子ATP，这一步反应的能量只够生成2分子ATP。这一步反应受到丙二酸、戊二酸的抑制。（7）延胡索酸加成水化生成L-苹果酸（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸该反应是三羧酸循环产生的第四个脱氢反应，产生第三个NADH+H+。总体来看可分为3个阶段：1、柠檬酸生成阶段：2、氧化脱羧阶段3、草酰乙酸的再生阶段12345678三羧酸循环（TCA）的物质和能量变化循环从C4化合物与乙酰CoA缩合生成C6化合物开始；每一次循环经历两次脱羧，放出2CO2;每一循环经历四次脱氢，其中3次以NAD+为氢受体，1次以FAD为氢受体；每循环一次，底物水平磷酸化一次生成1ATP。循环一次结束以C4物（草酰乙酸）重新生成为标志；总反应：乙酰 CoA+2H2O+3NAD+FAD+ADP+Pi 2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+ATP+CoASH脱羧反应都在羧基上，第一次循环脱下的CO2不是来自乙酰CoA，而是来自草酰乙酸的两个羧基。（三）TCA循环的生理意义1、从能量转换方面看，TCA 循环是生物体利用糖或其他物质氧化获得能量的主要途径。2、从物质代谢来看,TCA循环中有许多重要中间产物与体内其他代谢过程密切相连,相互转变。可以说,TCA循环是糖类、脂肪、蛋白质及次生物质代谢和转化的枢纽。二、戊糖磷酸途径（PPP）戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway，PPP）（可不经过无氧呼吸生成丙酮酸而进行有氧呼吸的途径。）是指葡萄糖在细胞质内逐步氧化降解，并以戊糖磷酸为重要中间产物的酶促反应过程。或称为已糖磷酸支路(hexose monophosphate pathway，HMP)。也称为葡萄糖直接氧化途径。（一）PPP的化学历程1.葡萄糖的氧化脱羧：包括3步反应即脱氢、水解、脱氢脱羧反应。（不可逆）反应中的氢受体为：NADP+2.非氧化分子重组阶段以核酮糖-5-磷酸为起点，经过异构化、基团转移、缩合等反应，非氧化地重组成为糖酵解中间产物果糖-6-磷酸和甘油酸-3-磷酸。（可逆）2.非氧化分子重组阶段一个G分子循环一次只脱去一个羧基（放出一个CO2）和脱去两个H，形成两个NADPHH。也可以说一个G-6-P分子彻底氧化生成6个CO2需要6分子G同时参加反应，经过一次循环又生成5个分子G-6-P。戊糖磷酸途径总反应式总反应式6G-6-P+12NADP+7H2O 6CO2+12NADPH+12H+H3PO4经6次循环，一分子G-6-P被分解产生6分子CO2，12分子（NADPH+H）。（二）PPP的生理意义1、该途径是葡萄糖直接氧化过程,有较高的能量转化效率，可以更为迅速地提供能量。2、该途径中生成的大量NADPH可做为主要供氢体,在脂肪酸、固醇等的生物合成、氨的同化中起重要作用。3、该途径中一些中间产物是许多重要有机物质生物合成的原料。4、该途径非氧化分子重排阶段形成的丙糖、丁糖、戊糖、已糖和庚糖的磷酸酯及酶类与光合作用卡尔文循环中间产物和酶相同,因而戊糖磷酸途径和光合作用可以联系起来,相互沟通。5、该途径在许多植物中普遍存在,特别是在植物感病和受伤、干旱时,该途径可占全部呼吸50%以上。（二）PPP的生理意义l 磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节。的需要所调节。NADPH反馈抑制反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。葡萄糖脱氢酶的活性。（三）磷酸戊糖途径（三）磷酸戊糖途径（PPP）的调控）的调控暗呼吸与光呼吸的区别项目暗呼吸光呼吸对光的要求光下，黑暗下均可进行只在光下与光合作用同时进行底物糖、脂肪、蛋白质、有机酸乙醇酸进行部位活细胞的细胞质线粒体叶绿体过氧化物体线粒体呼吸历程糖酵解三羧酸循环呼吸链未端氧化乙醇酸循环(C2循环)能量状况产生能量消耗能量植物呼吸代谢途径具有多样性这是植物在长期进化过程中对多变环境的适应表现。然而，植物体内存在着的多条化学途径并不是同等运行的。随着不同的植物种类、不同的发育时期、不同的生理状态和环境条件而有很大的差异。在正常情况下以及在幼嫩的部位，生长旺盛的组织中均是TCA途径占主要地位。在缺氧条件下，植物体内丙酮酸有氧分解被抑制而积累，并进行无氧呼吸，其产物也是多种多样的。而在衰老，感病、受旱、受伤的组织中，则戊糖磷酸途径加强。富含脂肪的油料种子在吸水萌发过程中，则会通过乙醛酸循环将脂肪酸转变为糖。水稻根系在淹水条件下则有乙醇酸氧化途径运行第四节电子传递与氧化磷酸化第四节电子传递与氧化磷酸化一、生物氧化的概念生物氧化（biologicaloxidation）是指糖类、脂类和蛋白质等在生物活细胞内进行的一系列的氧化分解作用，最终生成H2O和CO2,同时释放能量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。相当于分解（异化）作用。二、呼吸链的组分及功能1、呼吸链的概念呼吸链(respiratory chain),是指按一定顺序排列相互衔接的传递氢（H+2e）或电子到分子氧的一系列传递体的总轨道。2、呼吸链的组分递氢体：一些脱氢酶的辅助因子；如NAD+（辅酶）、NADP+（辅酶）、FMN（黄素单核苷酸）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）、UQ（泛醌）等递电子体：呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基，包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白。3、呼吸链的组成植物线粒体的电子传递链位于线粒体的内膜上，由四种复合体和ATP合酶组成：(1)复合体(NADH脱氢酶)：FMN，几个Fe-S中心组成将线粒体基质中的NADH+H+的4个质子泵到膜间间隙，同时复合体也经过铁硫中心将电子转移给泛醌。(2)复合体(琥珀酸脱氢酶)：FAD，3个Fe-S中心组成催化琥珀酸氧化延胡索酸，并把H转移到UQ生成UQH2，但是不泵出质子。(3)复合体(细胞色素bc1复合体)：Cytb，Fe-S，Cytc1UQH2把电子经过复合体最后传到细胞色素C。此复合体泵出4个质子到膜间间隙。(4)复合体(细胞色素氧化酶)：含铜、Cyta和Cyta3是末端氧化酶，把细胞色素c的电子传给O2，激发O2并与基质中H+结合形成H2O，每传递一对电子，有两个H+泵出。(5)ATP合酶：由CF0和CF1两部分组成，所以也称F0F1-ATP合酶。催化ADP和Pi生成ATP。三、氧化磷酸化（一）氧化磷酸化的概念及类型1、氧化磷酸化的概念：生物氧化与磷酸化相偶联，利用生物氧化过程释放的自由能，促使ADP形成ATP，称为氧化磷酸化作用(oxidativephosphorylation)2、氧化磷酸化的类型（1）底物水平磷酸化指底物脱氢(或脱水),其分子内部所含能量的重新分布或集中,即可生成某些高能中间代谢物,再通过酶促磷酸基团转移反应直接偶联ATP的生成。EMP中有2次TCAC中有1次（2）电子传递体系磷酸化(氧化磷酸化)指电子从NADH2或FADH2脱下，经电子传递链传递给分子氧生成水，并偶联ADP和Pi生成ATP的过程。衡量指标：磷氧比（P/O）；ADP/O；P/2e磷氧比（P/O）指消耗1个氧原子，产生的ATP数叫磷氧比。呼吸链中有3个合成ATP的部位，即复合体I，复合体III和复合体IV。电子如果不从复合体I进入，就不能产生3个ATP。电子通过FADH2进入就只能产生2个ATP。（二）氧化磷酸化的机理1、氧化磷酸化的机理化学渗透势学说(P.Mitchell 1961年)呼吸链的电子传递会伴随线粒体内膜内外两侧H+离子的浓度差产生质子动力势梯度（质子浓度差和化学电位差），即为推动ATP合成的原动力。该学说理论基础：线粒体结构完整；内膜对H+的不通透性。2、化学渗透势学说简要分述如下：（1）递H体与递电子体在线粒体内膜上有特定的不对称分布，彼此相间排列，定向传递。（2）递H体有质子泵作用，将H+泵出内膜内侧。由于线粒体内膜对H+不通透，H+不可返回内膜内侧，因而通过电子传递，在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度，二者构成质子动力势梯度。（3）质子动力势梯度促使线粒体内膜外侧的H+通过ATP合酶（耦联因子）进入内侧，释放出的自由能推动ADP和Pi合成ATP。3、解偶联剂（uncouplingagent）一类阻碍磷酸化作用而不影响氧化作用，使两者失去偶联的药剂。如：DNP（2，4二硝基苯酚）。四、末端氧化酶（呼吸链电子传递的多条途径）末端氧化酶（terminaloxidase）：是指把底物的电子通过电子传递系统最后传递给分子氧并形成水或氧化氢的酶类。即处于生物氧化一系列反应的最末端的氧化酶。由于这类酶所起的作用是在生物氧化的末端，故称为末端氧化酶。除了线粒体内膜上的细胞色素氧化酶和抗氰氧化酶之外，还有存在于细胞质中的酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等。这个复杂的氧化酶系统，有助于植物对不良外界环境条件的适应。1.细胞色素氧化酶2.交替氧化酶系（抗氰途径）3.乙醇酸氧化酶4.多酚氧化酶5.抗坏血酸氧化酶1、细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶在有氧呼吸中有极重要作用。植物组织中消耗的O2，近80%由此酶作用完成，特别是代谢活跃的幼嫩组织。细胞色素氧化酶包括Cyt.a和Cyt.a3，含有两个铁卟啉和两个铜原子，其作用是将电子传给O2，生成H2O。位于线粒体与O2的亲和力极高细胞色素氧化酶易受氰化物、CO的抑制细胞色素氧化酶为末端的正常呼吸链，是呼吸代谢电子传递主链，其P/O3NADH FMN Fe-SFMN Fe-S UQ CytbCytb CytcCytc Cyta CytaCyta Cyta3 3 O2 2、交替氧化酶某些植物的组织对氰化物及其他细胞色素氧化酶的抑制剂很不敏感，在氰化物存在的条件下仍能进行呼吸作用，这种呼吸就叫抗氰呼吸抗氰呼吸。位于内膜UQ和复合体之间，含铁，它可以绕过复合体和把电子传递给氧分子，形成H2O。NADH FMN Fe-SFMN Fe-S UQ O2 位于线粒体对氧的亲和力高对氰化物不敏感与ATP合成偶联，P/O=1；或根本不合成ATP在高等植物和微生物中广泛存在：其典型是天南星科植物的佛焰花序，其它植物的贮藏器官，如果实、根（胡罗卜）、块茎（马铃薯）也发现有抗氰呼吸。抗氰呼吸链抗氰呼吸链（cyanide-resistant respiration chaincyanide-resistant respiration chain）抗氰呼吸的电子传递途径如下：NADHFMN-FeSUQO2FPAlternativeOxidaseO2 由于该途径与细胞色素传递链可交替进行，所以又称交替途径（alternative pathway）。抗氰呼吸某些植物的组织对氰化物及其他细胞色素氧化酶的抑制剂很不敏感，在氰化物存在的条件下仍能进行呼吸作用，这种呼吸就叫抗氰呼吸（cyanideresistantrespiration）。也称为交替途径（alternativeoxidase）。反应中不与磷酸化相偶联，是一个放热呼吸。抗氰呼吸的生理意义1）放热效应，利于授粉延续较长时间的放热保证了花序的发育及授粉作用的进行。2）能量溢流在呼吸链被糖酵解及三羧酸循环所饱和时，溢流过多的电子3）增强抗逆性3、酚氧化酶定位于细胞质，普遍存在于植物体内，正常情况下，该酶与底物分离。当组织受伤和衰老时，酶与底物接触，将酚氧化为棕色的醌，组织变褐。酚+O2 醌+H2O酚氧化酶是一种含铜的氧化酶，存在于植物的质体和微体，催化酚类物质氧化为醌类物质.有单酚氧化酶（酪氨酸酶），多酚氧化酶（儿茶酚氧化酶）。定位：细胞质对O2的亲合力中等受到CN、CO的抑制不生成ATP 酚氧化酶可分为单元酚氧化酶（monophenol oxidase)如酪氨酸酶（tyrosinase)和多元酚氧化酶（polyphenol oxidase)如儿茶酚氧化酶（catechol oxidase)。酚氧化酶存在于质体、微体中，它可催化分子氧对多种酚的氧化，酚氧化后变成醌，并进一步聚合成棕褐色物质。这些酶与植物的“愈伤反应”有密切关系。植物组织受伤后呼吸作用增强，这部分呼吸作用称为“伤呼吸”(wound respiration)。伤呼吸把伤口处释放的酚类氧化为醌类，而醌类往往对微生物是有毒的，这样就可避免感染。当苹果或马铃薯被切伤后，伤口迅速变褐，就是酚氧化酶的作用。在没有受到伤害的组织细胞中，酚类大部分都在液泡中，与氧化酶类不在一处，所以酚类不被氧化。在制茶和烤烟加工中都要根据酚氧化酶的特性加以利用。现象：马铃薯块茎、苹果果实、茶叶、烟叶马铃薯块茎、苹果、梨削皮或受伤后出现褐色制茶中：红茶利用多酚氧化酶绿茶破坏多酚氧化酶烟叶抑制多酚氧化酶4、抗坏血酸氧化酶植物组织中广泛存在的一种含铜氧化酶，位于细胞浆或与细胞壁相结合,催化抗坏血酸氧化.抗坏血酸氧化酶可以与其他氧化还原体系偶联扩大末端氧化的作用。催化抗坏血酸氧化。定位于细胞质中是一种含铜的氧化酶。对氧的亲和力低，受到CN的抑制不形成ATP在植物中普遍存在，以蔬菜和果实（特别是葫芦科果实）中较多。抗坏血酸氧化酶催化分子氧将抗坏血酸氧化为脱氢抗坏血酸，它存在于细胞质中或与细胞壁相结合。它可以通过谷胱甘肽而与某些脱氢酶相偶联，抗坏血酸氧化酶还与PPP中所产生的NADPH起作用，可能与细胞内某些合成反应有关。5、乙醇酸氧化酶乙醇酸氧化酶能把乙醇酸氧化为乙醛酸。乙醇酸氧化酶所催化的反应，可与某些底物的氧化相偶联。它还与甘氨酸的合成有密切关系，在光呼吸中及水稻根部的氧化还原反应中起重要作用。总结总结：植物中虽然存在多条电子传递途径，但细胞色素主路和交替途径是两条主要途径：植物对这两条途径有协调控制现象：当细胞色素途径受抑制时，交替途径会加强，当细胞色素途径恢复时，交替途径又减弱。细胞色素氧化酶和交替氧化酶都属于线粒体内氧化酶，是呼吸中主要的氧化酶。其他氧化酶分布在细胞质中，属于线粒体外氧化酶，不是呼吸中的主要氧化酶，最多在呼吸中起辅助作用。五、呼吸作用中能量代谢植物呼吸作用是通过酶促反应把贮存在化合物中的化学能释放出来,一部分转变为热能散失,一部分以ATP形式贮存。1mol葡萄糖经EMP-TCA-呼吸链彻底氧化后共生成36molATP。1mol葡 萄 糖 完 全 氧 化 时 产 生 的 自 由 能 为2870kJ,1molATP水解末端高能磷酸键可释能量31.8kJ，36mol的ATP共释放1144.8kJ。1mol葡萄糖呼吸能量利用率为:能量利用率(%)=1144.82870100=39.8%六、光合作用与呼吸作用的关系光合作用与呼吸作用的关系（一）光合作用和呼吸作用的比较（二）光合作用与呼吸作用相互依赖、紧密相连（二）光合作用与呼吸作用相互依赖、紧密相连1、光合所需的ADP与NADP与呼吸所需的ADP与NADP是相同的，可互用。2、PPP与碳循环基本上是正反关系，许多中间产物可交替使用。3、光合释放的O2可供呼吸用，呼吸释放的CO2可供光合用。六六.光合磷酸化与氧化磷酸化的异同光合磷酸化与氧化磷酸化的异同项 目相同点不同点光合磷酸化氧化磷酸化进行部位均在膜上进行类囊体膜线粒体内膜ATP形成均经ATP合成酶形成在膜外侧在膜内侧电子传递均有一系列电子传递体在光合链上在呼吸链上能量状况均有能量转换来自光能的激发，贮藏能量来自底物的分解，释放能量H2O的关系均与H2O有关H2O的光解H2O的生成质子泵均有质子泵产生PQ穿梭将H+泵到膜内UQ穿梭将H+泵到膜外第第四四节节 呼呼吸吸过过程程中中能能量量的的贮贮存存和和利用（自学）利用（自学）第五节第五节呼吸作用的调节和控制呼吸作用的调节和控制第五节第五节呼吸作用的调节和控制呼吸作用的调节和控制一、巴斯德效应与糖酵解的调节一、巴斯德效应与糖酵解的调节 二、二、PPPPPP和三羧酸循环的调节和三羧酸循环的调节三、腺苷酸能荷的调节三、腺苷酸能荷的调节一、巴斯德效应与糖酵解的调节一、巴斯德效应与糖酵解的调节1、巴斯德效应：、巴斯德效应：氧抑制酒精发酵的现象，即氧可以降低碳水化合氧抑制酒精发酵的现象，即氧可以降低碳水化合物的分解代谢和减少糖酵解产物的积累。物的分解代谢和减少糖酵解产物的积累。2 2、巴斯德效应产生的原理、巴斯德效应产生的原理（EMPEMP调节）调节）1 1）调节酶：）调节酶：呼吸途径中，在少数步骤起关键作用的酶。EMP中的调节酶是磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。由它们催化的反应是不可逆的，而其余各步骤均为可逆反应。它们的活性受到各种变构效应剂的调节。2 2）EMPEMP的调节（效应原理）的调节（效应原理）a、EMP中的调节酶是磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶b、效效应应剂剂：负效应剂ATP、柠檬酸 正效应剂ADP、Pic、调节调节效应物产生条件：有氧条件：TCAC和生物氧化正常进行，产生较多的ATP和柠檬酸，降低ADP和Pi的水平。无氧条件：氧化作用受到抑制，柠檬酸和ATP合成减少，积累较多的ADP和Pi3 3）巴斯德效应的应用：）巴斯德效应的应用：随着氧气浓度提高，EMP的反应速度改变：完全缺氧EMP活跃进行，释放大量CO2；氧气浓度提高EMP受到抑制，CO2释放减少；直至EMP完全停止，CO2释放达到最少；氧气浓度继续提高有氧呼吸加强，CO2释放量增加。在粮食、果蔬储藏中利用二、PPP和三羧酸循环的调节PPP途径主要是由NADPH调节。NADPH/NADP+比率高，即NADPH过多，PPP途径受抑制。TCAC的调节受多个因素影响：NADH是主要的负效应物，抑制多步反应。三、腺苷酸能荷的调节三、腺苷酸能荷的调节能荷：指细胞的全部腺苷酸中ATP以及相当于ATP的物质所占的比例，它表示细胞中的能量状况。能荷=ATPADPAMPATP1/2ADP能荷调节：通过细胞内腺苷酸之间的相互转化对呼吸代谢的调节作用称为能荷调节。ATP+AMP2ADP ATP有2个高能键，ADP有1个高能键，AMP没有 用能荷来度量腺苷酸的高能磷酸键，全部腺苷酸都呈ATP状态，EC1；如果全部为AMP，EC0；如果全部为ADP，EC0.5。正常情况下，活细胞的能荷处于0.750.95（80%）的状态。细胞中合成ATP和利用ATP的反应都受能荷的调节控制：ATP合成受到AMP促进，受到ATP本身抑制；而ATP的利用受到AMP抑制，受ATP促进。所以，呼吸控制不只是决定于ATP和AMP的绝对数量，也决定与它们的相对浓度。当ATP/AMP比率低，表示储存的能量少，能荷低，ATP合成反应加快，利用减慢；能荷变大时，ATP合成减慢，而利用加快。第六节影响呼吸作用的因素一、呼吸作用的指标1.呼吸速率(respiratory rate)又称呼吸强度,指单位时间内单位重量的植物材料释放的CO2的量或吸收O2的量。它是呼吸强弱的指标。QCO2 CO2生产率 mgCO2g1h1 QO2 消耗率 mg O2g1h1、呼吸商(respiratory quotient，R.Q)又叫呼吸系数，指植物组织在一定时间内放出CO2的量与吸收O2的量的比率。它反映呼吸底物的性质和氧的供应状况。RQ(respirationquotient)QCO2/QO2以碳水化合物为底物时：C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O（）以脂肪为底物时：2C57H104O9+157O2 114CO2+104H2O（）以有机酸为底物时：2C6H8O7+9O2 12CO2+8H2O（）二、内部因素对呼吸速率的影响二、内部因素对呼吸速率的影响1 1、不同植物、不同植物种间差异种间差异：生长快生长慢。2 2、同同一一植植物物不不同同器器官官器器官官差差异异：生长旺盛、幼嫩生长慢、老化的，生殖器官营养器官，如。3 3、同一器官组织、同一器官组织组织差异组织差异：4 4、同一器官在不同的生长发育阶段、同一器官在不同的生长发育阶段发育阶段发育阶段差异差异：如苹果、梨、香蕉、番茄、草莓等，幼嫩时最强，随果实长大而降低。但果实成熟到一定时期，呼吸速率突然上升，出现呼吸峰（即转跃期）。三、外部因素对呼吸速率的影响三、外部因素对呼吸速率的影响1、温度2、氧3、二氧化碳4、机械损伤1、温度1）三基点：最高、最适和最低。最高和最低是呼吸极限点。最适温度是使呼吸作用保持稳态的最高呼吸速率的温度。不同植物（起源北方低），同一植物不同季节温度三基点不同。冬季低，夏季高。2）温度系数（Q10）温度升高10而使反应速度的增，通常称为温度系数。Q10(t+10)时呼吸速度/t时呼吸速度可利用温度对呼吸影响的原理降温贮藏，但不能低到伤害组织，否则抗病力下降。2、氧氧是植物正常呼吸的重要因子氧不足，呼吸速率和性质受到影响：氧气浓度降低，有氧呼吸降低，无氧呼吸增加。伤害：产生酒精，使蛋白质变性；产能少，为维持正常需要会消耗更多有机物；无氧呼吸无丙酮酸氧化过程，一些中间产物无法合成。3、二氧化碳 CO2 是呼吸作用的最终产物，当CO2浓度高于5%时，有明显抑制呼吸作用的效应。生产中要适时中耕松土、开沟排水，减少 CO2 增加O2，保证根系正常生长。4、机械损伤机械损伤会显著加快组织的呼吸速率，原因是：1）机械损伤破坏了某些末端氧化酶与底物的间隔；2）机械损伤使某些细胞转变为分生组织状态第七节第七节 呼吸作用和农业生产呼吸作用和农业生产一、呼吸作用与作物栽培由于呼吸对植物生长发育有重大影响，所以很多栽培措施都是为了保证促进植物的呼吸作用，以加速植物生长发育。为什么不良环境造成生理障碍：为什么不良环境造成生理障碍：与呼吸直接有关，涝害淹死植株：无O2呼吸过久，引起酒精积累中毒等。干旱、缺K，使氧化磷酸化解偶联生长不良死亡。水田中还原性有毒物质（如H2S）过多破坏细胞色素氧化酶和多酚氧化酶活性，抑制呼吸。低温导致烂秧破坏了线粒体结构，呼吸空转，缺有效能量，引起代谢紊乱之故。二、呼吸作用与粮食贮藏（一）（一）呼吸对贮粮的危害：呼吸对贮粮的危害：种子有生命，肯定会呼吸。1）呼吸引起有机物消耗2）呼吸有水产生，增加湿度（出汗）3）呼吸产生热，使粮堆温度升高湿度和温度增加反过来又促进呼吸，进一步增加消耗及增加湿度和温度恶性循环，最终造成霉变，粮食变质。因此，必须降低呼吸才能使种子安全贮藏。（二）降低呼吸办法：1、降低水分：最容易解决的办法。2、降温3、化学法用磷化氢（H3P）消毒抑制种子发热发霉，几天内可降温35度4、脱O2在粮堆外燃烧煤、柴薪，减少空气中O2后再吹入粮堆。5、充N三、呼吸作用与果蔬贮藏既要降低呼吸，又要保其含水量（新鲜状态）既要降低呼吸，又要保其含水量（新鲜状态）以及色泽、味道等。以及色泽、味道等。常用低温或低温加气调，保鲜剂的应用也不常用低温或低温加气调，保鲜剂的应用也不可忽视。可忽视。一般贮藏在低温较湿润环境下，以控制后熟一般贮藏在低温较湿润环境下，以控制后熟作用，但湿度不可太低，以防引起冻害。作用，但湿度不可太低，以防引起冻害。气气调调贮贮藏藏降降低低O O2 2浓浓度度，提提高高COCO2 2浓浓度度。不不同果蔬同果蔬COCO2 2和和O O2 2比例不同。比例不同。自体保藏法：自体保藏法：复习思考题复习思考题（一）（一）名词解释名词解释呼吸作用；有氧呼吸；无氧呼吸；糖酵解；三羧酸循环；戊糖磷酸途径；生物氧化；呼吸链；氧化磷酸化，抗氰呼吸；末端氧化酶；P/O；呼吸速率；维持呼吸；呼吸效率；生长呼吸；呼吸伤；呼吸跃变；反馈调节；巴斯德效应复习思考题复习思考题（二）（二）问答题问答题1试述呼吸用的生理意义。2写出有氧呼吸和无氧呼吸的总方程式，两者有何异同点？3为什么说长时间的无氧呼吸会使陆生植物受伤，甚至死亡？4植物呼吸代谢的多条途径表现在哪些方面？呼吸代谢的多条途径有何生物学意义?5EMP途径产生的丙酮酸可能进入哪些反应途径?6TCA循环、PPP、GAC等途径各发生在细胞的什么部位？各有何生理意义？7植物抗氰呼吸的分布及其生理学意义。8生长旺盛部位与成熟组织或器官在呼吸效率上有何差异？9呼吸作用与谷物贮藏的关系如何？10如何协调温度、湿度、及气体间的关系做好果蔬的贮藏？第四章植物的呼吸作用重难点：EMP（化学历程和生理意义）；TCAC；PPP；生物氧化概念；呼吸链组分；氧化磷酸化；呼吸作用的指标；影响呼吸作用的内外因素；呼吸作用与粮油、果蔬贮藏