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1、第四章植物的呼吸作用本讲稿第一页，共三十一页 第四章 植物的呼吸作用第一节 呼吸作用的概念和生理意义第二节 植物的呼吸代谢途径第三节 电子传递与氧化磷酸化第四节 呼吸过程中能量的贮存和利用第五节 呼吸作用的调节和控制第六节 影响呼吸作用的因素第七节 呼吸作用与农业生产本讲稿第二页，共三十一页第一节呼吸作用的概念和生理意义n一,呼吸作用的概念n有氧呼吸:n无氧呼吸:nC6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能量nC6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量nC6H12O6 2CH3CHOHCOOH+能量n二,呼吸作用的生理意义n(一)提供大部分能量n(二)为其化合物合成提供原料本讲稿第三页
2、，共三十一页第二节植物的呼吸代谢途径n糖酵解 戊糖磷酸途径和三羧酸循环n地方:胞质溶胶和线粒体内 P101一,糖酵解 EMP PATHWAY已糖在无氧下分解丙酮酸的过程.已糖的磷酸化已糖磷酸化的裂解ATP和丙酮酸的生成葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸H+H2O本讲稿第四页，共三十一页(二)糖酵解的生理意义 P103发酵作用酒精发酵:丙酮酸脱羧酶CH3COCOOH CO2+CH3CHOCH3CHO+NADH+HCH3CH2OH+NAD+乳酸发酵：乳酸脱氢酶CH3COCOOH+NADH+CH3CHOCOOH+NAD本讲稿第五页，共三十一页三，三羧酸循环rebs环 线粒体中进行的,丙酮酸
3、在有氧条件下,通过一个二羧酸和三羧酸的循环的氧化分解,最后形成水和二氧化碳的过程.(一)丙酮酸的氧化脱羧CH3COCOOH+CoA-SH+NADCH3COSCoA+NADH+H+(二)三羧酸循环的化学历程P105柠檬酸的生成，氧化脱羧和草酰乙酸的再生丙酮酸脱氢酶复合体本讲稿第六页，共三十一页n一分子葡萄糖产生二分子丙酮酸nCH3COCOOH+8NAD+2FAD+2ADP+2Pi+4H2On 6CO2+2ATP+8NADH+8H+2FADH2n三羧酸循环的生理意义n，提供能量的主要来源n，是物质代谢的枢纽n戊糖磷酸途径（）（）n已糖磷酸途径（）n是指葡萄糖在胞质溶胶和质粒中直接被氧化，产生n和磷
4、酸糖的过程本讲稿第七页，共三十一页n包括氧化阶段和非氧化阶段n总反应：n6G6P+12NADP+7H2O 5G6P+6CO2+Pi+n12NADPH+12Hn戊糖磷酸的生理意义：n，产生大量的，还原力n，中间产物为许多重要的化合物提供原料n，与光合作用相联系n在细胞内去向，即向糖酵解还是途径进行取决于各种酶的大小和浓度的高低n另一个因素是细胞内的和的比值本讲稿第八页，共三十一页n暗呼吸和光呼吸的区别n第三节 电子传递与氧化磷酸化n生物氧化:n 有机物质在生物体细胞内进行氧化分解,生成二氧化碳,水和释放能量的过程.n呼吸链,电子传递链:n呼吸代谢中间产物的电子和质子,沿着一系列有顺序的电子传递体
5、组成的电子传递途径,传递到分子氧的总过程(氢传递体和电子传递体)本讲稿第九页，共三十一页n氢传递体:传递质子和电子nNAD NADP FMN FADn电子传递体:只传递电子n细胞色素体系和铁硫蛋白(Fe-S)n电子传递链的组成P110n复合体：NADH脱氢酶（FMN和几个Fe-S）n复合体：琥珀酸脱氢酶（FAD和3个Fe-S）n复合体：细胞色素bc1复合物n复合体：细胞色素氧化酶（二个铜中心及Cyta和Cyta3），是一个末端氧化酶n复合体：ATP合酶（F0，F1）本讲稿第十页，共三十一页二，氧化磷酸化 在生物氧化中，电子经过线粒体的电子传递链传递到氧，伴随ATP合酶催化，使ADP和磷酸合成A
6、TP的过程。机理：化学渗透假说（P.Mitchell)NADH在传递电子时，也把基质中的质子释放到线粒体的膜间间隙中，这样使膜外侧的质子高于内侧的而形成跨膜质子梯度，和跨膜 电位梯度，这两种梯度建立起跨膜的电化学势梯度，间隙的质子通过并激活F0F1-ATP合酶，驱动ADP和PI结合成ATP磷/氧比（P/O）：指当一个原子氧被吸收时，有几个分子的PI变成有机磷（P）或有几个分子的ADP本讲稿第十一页，共三十一页变成ATP例：丙酮酸 乙酰COA P/O 3 2.5琥珀酸 延胡索酸 P/O 2 1.5异柠檬酸 戊 酮二酸 P/O 3 2.5戊 酮二酸 琥珀酸 P/O 4 3.5三，末端氧化酶系统（一
7、）细胞色素氧化酶由Cyta Cyta3组成，含有两个铁卟啉和两个铜原子，将Cyta3电子传给O2使其激活，与质子结合水4Cyta(Fe)O2+4H2O 2H2O+4Cyta(Fe)本讲稿第十二页，共三十一页n（二）交替氧化酶含铁的酶nNADH FMN Fe S UQ Cytb,FeS,Cytc1CytcnCyta.a3 O2交替氧化抗氰的生理意义：，利于授粉，能量溢流，增强抗逆性本讲稿第十三页，共三十一页（三）酚氧化酶单酚氧化酶(酪氨酸酶)含铜的酶多酚氧化酶(儿茶酚氧化酶)氧化底物AH2 NADP 酚 1/2O2 A NADPH2 醌 H2O酚酶在制茶工业中应用红茶;绿茶本讲稿第十四页，共三十
8、一页n抗坏血酸氧化酶n含铜的氧化酶n抗坏血酸+1/2O2 去氧抗坏血酸+H2O AH2 NADP GSH 去H抗坏血酸 H2O A NADPH2 GSSG 抗坏血酸 1/2O本讲稿第十五页，共三十一页乙醇酸氧化酶体系 黄素蛋白 C2H5OH NAD CH2OHCOOH O2 CH3CHO NADH2 CHOCOOH H2O2H2O+1/2O2过氧化氢酶本讲稿第十六页，共三十一页n过氧化氢酶和过氧化物酶 n 含铁的酶 解除过氧化氢的毒害作用nH2O2 H2O+1/2O2nAH2+H2O2 2H2O+A n呼吸代谢电子传递过程P114n呼吸代谢的多样性过氧化氢酶过氧化物酶本讲稿第十七页，共三十一页
9、n第四节 呼吸过程中能量的贮存和利用n一,贮存能量n贮存的形式:n氧化磷酸化,ATP 需O2 线粒体内膜中n底物水平磷酸化作用:在胞质溶胶和线粒体基质中n 已糖脱氢,高能磷酸基转到ADP,生成ATP本讲稿第十八页，共三十一页n光合作用和呼吸作用的关系P116n1,光合作用所需的ADP和辅酶NADP+与呼吸作用所要的和NADP+是相同的，可共用n,光合作用的碳循环与呼吸的戊糖磷酸途径是正反反应的关系,中间产物是可交替使用的n3,光合释放的O2可供呼吸利用,而呼吸释放的CO2能为光合作用所同化.本讲稿第十九页，共三十一页光合作用与呼吸作用的比较n光合作用 呼吸作用1以CO2,H2O为原料 1,以O
10、2,有机物为原料2,产生有机物糖类和O2 2,产生CO2,H2O3,叶绿素等捕获光能 3,化学能暂时贮存于ATP中或以热能消失 4,通过光合磷酸化把光能转 4,通过氧化磷酸化把有机物的化学能转化为ATP 形成ATP5,H2O的氢转移至NADP+，有机物的氢主要转移到NAD+，形成 形成H+NADH+6，糖合成主要利用ATP和 6，细胞活动是利用ATP和NADH+H+（或H+）作功7，仅含叶绿素的细胞进行光 7，活的细胞都能进行呼吸作用合作用 8，只有光照下才发生 8，光照和黑暗下都能发生 本讲稿第二十页，共三十一页n9，发生于真核细胞植物的叶绿 9糖酵解和戊糖磷酸途径发生于细胞质n体中 中，三
11、羧酸循环和生物氧化则发生 n 于线粒体中本讲稿第二十一页，共三十一页第五节呼吸作用的调节和控制n一，巴斯德效应和糖酵解的调节n氧抑制酒精的发酵的现象n1在有氧条件下，发酵作用会停止？n2在有氧条件下，糖酵解的速度会减慢？n调节酶是磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 nNAD，NADH的量的变化n磷酸果糖激酶：镁离子，PI促进；ATP和柠檬酸的抑制n丙酮酸激酶：ADP，镁离子，钾离子促进；受ATP，钙离子，柠檬酸抑制本讲稿第二十二页，共三十一页戊糖磷酸途径和三羧酸环的调节P118n戊糖磷酸途径：n葡萄糖6磷酸脱氢酶，NADPH的浓度nNADPH和核糖-5-磷酸 三羧酸环P118ATP ADP 乙酰辅酶A
12、NAD+/NAD+NADH的比值 能荷的调节 ATP+1/2ADP 能荷%=100ATP+ADP+AMP本讲稿第二十三页，共三十一页n能荷是指全部腺苷酸中有多少是相当于ATPn 第六节 影响呼吸作用的因素n一呼吸速率和呼吸商n 呼吸速率:可用植物的单位鲜重,干重或原生质(以含N量)表示,在一定时间内所放出的CO2体积,或吸收氧的体积来表示.n呼吸速率=微升O2CO2/克鲜重(或干重)/小时n呼吸速率=微升O2/细胞(毫克N)/小时n或者用单位时间内植物组织或鲜重的损失数量来表示n =毫克(干重)/克鲜重(干重)/天n方法:n瓦氏呼吸计n气流法装置n氧电极法和红外线CO2分析法 n小蓝子法 本讲
13、稿第二十四页，共三十一页n呼吸商:(主要是表示呼吸底物的性质和氧气供应状态的一种指标.)植物组织在一定时间内,放出二氧化碳的量与吸收氧气的量的比率RQn葡萄糖n C6H12O6+6O2=6CO2+6H2On RQ=6摩尔CO2/6摩尔O2=1.0n苹果酸 C4H6O5+3O2=4CO2+3H2O RQ=4/3=1.33脂肪酸的完全氧化,RQ1.0本讲稿第二十五页，共三十一页n二,内部因素对呼吸速率的影响n不同植物n同一植物不同的器官n同一器官的不同组织n同一器 官在不同的生长过程中n三,外界条件对呼吸速率的影响n(一)温度n酶促反应 0 2535 3545本讲稿第二十六页，共三十一页n(二)氧
14、n大气中的O2体积21%n氧饱和点 与温度的关系QCO2QO251015200.51.0气体交换-氧分压苹果在不同氧分压下的QCO2的QO2体积的变化本讲稿第二十七页，共三十一页n(三)CO2n抑制作用n有些有促进作用n应用:果实,种子,蔬菜贮藏n(四)水分n水多,干旱:呼吸增加n粮食的贮藏n(五)机械损伤n伤呼吸 包装运输本讲稿第二十八页，共三十一页第七节呼吸作用与农业生产n一,呼吸作用与作物栽培n二呼吸作用与粮食贮藏n三呼吸作用与果蔬贮藏本讲稿第二十九页，共三十一页作业n名词解释n呼吸作用 有氧呼吸 糖酵解 三羧酸循环 生物氧化 氧化磷酸化 巴斯德效应 呼吸速率 抗氰呼吸 P/O比 呼吸链 化学渗透假说 底物水平磷酸化 本讲稿第三十页，共三十一页n问答题n1,试述呼吸作用的生理意义n2,呼吸作用与光合作用有何联系n3,试述线粒体内膜上电子传递链的组成n4,三羧酸循环的要点和生理意义 是什么n5,试述氧化磷酸化作用的机理n6,为什么呼吸作用既是一个放能的过程又是一个贮能的过程本讲稿第三十一页，共三十一页