呼吸作用的概念和生理意义

概念
2. 呼吸商(respiratory quotient，RQ) 呼吸商(respiratory quotient， 又称呼吸系数，是指植物组织在一定时间 又称呼吸系数， 释放CO 与吸收O 的数量( 内，释放CO2与吸收O2的数量(体积或物质 的量)比值。 的量)比值。 RQ=释放的 RQ=释放的CO2量 / 吸收的O2量 释放的CO 吸收的O
无 氧 酸
正常情况下PPP途径占呼吸 途径占呼吸 正常情况下 3%~30%，处于逆境时，PPP上 ，处于逆境时， 上 油料作物结实期PPP上升 升，油料作物结实期 上升
糖 酵 解
磷酸戊糖 酸 酸 、 、
PPP途径 PPP途径 料
丙酮酸 有
氧 β–
酸 酸 酸 酸 酸 酸
CoA
CO2+H2O
物
糖 、 物
2. 外界条件的影响 （1）温度 ①最适温度: 25～35℃ 最适温度: 25～35℃ 呼吸最适温度＞ 呼吸最适温度＞光合最适温度 ②最低温度：0℃左右 最低温度： (冬小麦: 0℃~ -7℃，松树针叶: -25℃) 冬小麦: 松树针叶: 25℃ ③ 最高温度：35～45℃ 最高温度：35～45℃ 35℃ 温度系数(Q ④ 在0—35℃，温度系数(Q10)为2.0～2.5
光合作用与呼吸作用的区别
光合作用 原料 产物 能量 转换 发生 部位 发生 条件 CO2、H2O 呼吸作用 O2、淀粉、己糖等有 淀粉、 机物
O2、淀粉、己糖、蔗糖等 淀粉、己糖、 CO2、H2O等 等 有机物 贮藏能量的过程 光能 电能 活跃的化学 能 稳定的化学能 释放能量的过程 稳定的化学能 活 跃的化学能
二. 呼吸商的影响因素
呼吸底物不同，RQ不同。 呼吸底物不同，RQ不同。 不同
① 葡萄糖: R.Q=1.0 葡萄糖: Q=1 C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O R.Q=6/6=1.0 Q=6 脂肪、蛋白质: RQ＜ 棕榈酸） ② 脂肪、蛋白质: RQ＜1， （棕榈酸） C16H32O2 + 23O2 → 16CO2 + 16H2O 23O 16CO 16H R.Q=16/23=0.70 Q=16/23= 有机酸: RQ＞ 苹果酸） ③ 有机酸: RQ＞1, （苹果酸） C4H6O5 + 3O2 → 4CO2 + 3H2O R.Q=4/3=1.33
NADH
FMN FeS
CoQ FeS FADH
Cytb FeS Cytc1 Cytc Cytaa3 O 细胞色素氧 化酶P/O=3 化酶P/O=3
二、氧化磷酸化
（一）磷酸化的概念及类型 生物氧化过程中释放的自由能，促使 生物氧化过程中释放的自由能，促使ADP形成 形成ATP 形成 的方式。一般有两种， 的方式。一般有两种，即底物水平的磷酸化和氧化 磷酸化。 磷酸化。 底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 1.底物水平磷酸化 1.底物水平磷酸化 指底物脱氢(或脱水） 指底物脱氢(或脱水）,其分子内部所含的能量重新 分布，即可生成某些高能中间代谢物， 分布，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。 ATP的生成 磷酸基团转移反应直接偶联ATP的生成。
§4-3.电子传递与氧化磷酸化 3.电子传递与氧化磷酸化
有机物在 生物活细胞中 所进行的一系 列传递氢和电 子的氧化还原 过程，称为生 过程，称为生 物氧化 (biological oxidation)。 。
一、呼吸链的概念和组成
所谓呼吸链 即呼吸电子传递链(electron 所谓呼吸链(respiratory chain)即呼吸电子传递链 呼吸链 即呼吸电子传递链 transport chain)，是线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递 ， 总轨道。氢传递体包括一些脱氢酶的辅助因子，主要有NAD＋、 总轨道。氢传递体包括一些脱氢酶的辅助因子，主要有 FMN、FAD、CoQ等。它们既传递电子，也传递质子；电子传递 、 、 等 它们既传递电子，也传递质子； 体包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白。 体包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白。呼吸链传递体 传递电子的顺序是：代谢物→NAD+→FAD→CoQ→细胞色素系 传递电子的顺序是：代谢物 细胞色素系 统→O2。
§4-1. 呼吸作用的概念和生理意义 2.呼吸代谢的生化途径 §4-2.呼吸代谢的生化途径 3.电子传递与氧化磷酸化 §4-3.电子传递与氧化磷酸化 §4-4. 呼吸作用的指标及影响因素 §4-5. 呼吸作用与农业生产
§4-1. 呼吸作用的概念和意义
一. 概念 是指生活细胞内的有机物，在酶的参与下， 是指生活细胞内的有机物，在酶的参与下， 逐步氧化分解并释放能量的过程。 逐步氧化分解并释放能量的过程。 1. 有氧呼吸
（3） CO2
CO2浓度增高, 呼吸受抑, 浓度增高, 呼吸受抑, ＞5％时，明显抑制, 明显抑制, 土壤积累CO 可达4％～10％， 土壤积累CO2可达4％～10％，
（4）水分
干燥种子，呼吸很微弱；吸水后迅 干燥种子， 呼吸很微弱； 速增加， ∴ 种子含水量是制约种子 速增加 ， 呼吸强弱的重要因素。 呼吸强弱的重要因素。 整体植物的呼吸速率， 整体植物的呼吸速率 ， 随着植物组 织含水量的增加而升高 呼吸底物的含量 机械损伤
预先将豌豆 幼苗放在 25℃下，培 ℃ 养4天，其相 天 对呼吸速率 为10，在放 ， 到不同温度 下培养3h, 测 下培养 定相对速率 的变化
（2）氧气 ＜20％ 20％ 呼吸开始 下降 ＜10％ 10％ 10％～ ％ 10％～20％ ％～20 无氧呼吸出现并 有氧呼吸 逐步增强， 逐步增强，有氧 呼吸迅速下降。 呼吸迅速下降。
电位
NADH
图4-11 氧化磷酸化作用机理示意图
三、末端氧化酶类 末端氧化酶： 末端氧化酶：能将底物所脱下的氢中的 电子最后传给O 并形成H 或 电子最后传给 2，并形成 2O或H2O2的 酶类。 酶类。 交替氧化酶： 交替氧化酶：线粒体中还存在一种对氢 化物不敏感的氧化酶， 化物不敏感的氧化酶，可将电子传递给 O2，称为交替氧化酶，又称抗氢氧化酶。 称为交替氧化酶，又称抗氢氧化酶。 细胞色素氧化酶和交替氧化酶都属 于线粒内末端氧化酶。 于线粒内末端氧化酶。 其它都属于线粒外末端氧化酶。 其它都属于线粒外末端氧化酶。
ADP+Pi ATP NADH FMN FeS CoQ FeS FADH
ADP+Pi ATP Cytb FeS Cytc1 Cytc Cytaa3 O ADP+Pi ATP 细胞色素氧 化酶P/O=3 化酶P/O=3
+++++++ ------低浓度质子 2H+ ADP+Pi F1 F0 2H+ 磷酸化 高浓度质子 ATP 1O 2 2 呼吸作用 2H+ 2e2e2e2H+ 2H+
4.TCA循环中并没有分子氧的直接参与， 4.TCA循环中并没有分子氧的直接参与，但该 循环中并没有分子氧的直接参与 循环必须在有氧条件下才能进行， 循环必须在有氧条件下才能进行，因为只有氧 的存在，才能使NAD FAD在线粒体中再生 在线粒体中再生， 的存在，才能使NAD+和FAD在线粒体中再生， 否则TCA循环就会受阻。 TCA循环就会受阻 否则TCA循环就会受阻。 5.该循环既是糖、脂肪、蛋白彻底氧化分解 该循环既是糖、脂肪、 该循环既是糖 的共同途径； 的共同途径；又可通过代谢中间产物与其他代 谢途径发生联系和相互转变。 谢途径发生联系和相互转变。
2. 氧化磷酸化 氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 是指 电子从NADH或FADH2经电子传递链传递给分 电子从 或 子氧生成水,并偶联 子氧生成水 并偶联ADP和Pi生成 和 生成ATP的过程。 的过程。 并偶联 生成 的过程 它是需氧生物合成ATP的主要途径。电子沿呼 的主要途径。 它是需氧生物合成 的主要途径 吸链由低电位流向高电位是个逐步释放能量的 过程。 过程。
在高等植物中以这种形式形成的ATP只占一小 在高等植物中以这种形式形成的ATP只占一小 ATP 部分， 部分，糖酵解过程中有两个步骤发生底物水平 磷酸化： 磷酸化： 甘油醛- 磷酸被氧化脱氢， (1) 甘油醛-3-磷酸被氧化脱氢，生成一个高 能硫酯键，再转化为高能磷酸键， 能硫酯键，再转化为高能磷酸键，其磷酸基团 再转移到ADP ADP上 形成ATP ATP。 再转移到ADP上，形成ATP。 (2) 2-磷酸甘油酸通过烯醇酶的作用，脱水 2-磷酸甘油酸通过烯醇酶的作用， 生成高能中间化合物(PEP) (PEP)， 生成高能中间化合物(PEP)，经激酶催化转移 磷酸基团到ADP ADP上 生成ATP ATP。 磷酸基团到ADP上，生成ATP。 TCA循环中 由琥珀酰CoA 循环中， CoA形成琥珀酸时通 在TCA循环中，由琥珀酰CoA形成琥珀酸时通 过底物水平磷酸化生成ATP ATP。 过底物水平磷酸化生成ATP。
绿色细胞、叶绿体、 生活细胞、线粒体、 绿色细胞、叶绿体、细胞 生活细胞、线粒体、 细胞质 质 光照下才可发生 光下、 光下、暗处都可发生
§4-4 呼吸作用的指标及其影响因素 一. 呼吸作用的指标 二.呼吸商的影响因素 三.呼吸速率的影响因素
一. 呼吸作用的指标
1. 呼吸速率(respiratory rate) 呼吸速率(respiratory molg-lh-1，molm-2s-1，lg-lh-1等
是指生活细胞利用O 是指生活细胞利用O2，将某些有机物质彻底氧化 分解，形成CO 同时释放能量的过程。 分解，形成CO2和H2O，同时释放能量的过程。
2. 无氧呼吸 是指生活细胞在无氧条件下，把某些有机 是指生活细胞在无氧条件下， 物分解成为不彻底的氧化产物， 物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放 能量的过程。 能量的过程。
末端氧化酶的多样性
四、光合作用与呼吸作用的关系
1. ADP和NADP+在光合和呼吸中可共用。 ADP和 在光合和呼吸中可共用。 2. 光合C3途径与呼吸PPP途径基本上正反 光合C 途径与呼吸PPP途径基本上正反 反应，中间产物可交替使用。 反应，中间产物可交替使用。 3. 光合释放O2 → 呼吸， 光合释放O 呼吸， 呼吸释放CO 呼吸释放CO2 → 光合
、 料
（三）三羧酸循环的特点和生理意义
1. TCA循环是生物体利用糖或其它物质氧化获 TCA循环是生物体利用糖或其它物质氧化获 得能量的有效途径。 得能量的有效途径。 TCA循环中释放的 中的氧， 循环中释放的CO 2. TCA循环中释放的CO2中的氧，不是直接来 自空气中的氧， 自空气中的氧，而是来自被氧化的底物和水 中的氧。 中的氧。 在每次循环中消耗2分子H 3.在每次循环中消耗2分子H2O。一分子用于柠 檬酸的合成， 檬酸的合成 ， 另一分子用于延胡索酸加水生 成苹果酸。 成苹果酸 。 水的加入相当于向中间产物注入 了氧原子，促进了还原性碳原子的氧化。 了氧原子，促进了还原性碳原子的氧化。
把无氧呼吸停止进行的最低氧含量(10 把无氧呼吸停止进行的最低氧含量(10％ (10％ 左右)称为无氧呼吸的消失点 无氧呼吸的消失点。 左右)称为无氧呼吸的消失点。 氧浓度过高 氧浓度过高，对植物有毒害 过高， 氧浓度过低 无氧呼吸增强， 氧浓度过低, 无氧呼吸增强，产生酒精中 过低, 消耗体内养料过多。 毒，消耗体内养料过多。
三. 呼吸速率的影响因素 1. 内部因素的影响
不同植物不同
植物种类 仙人掌 景天属 蚕豆 小麦 细菌 呼吸速率(O 鲜重)/lg-lh-1 呼吸速率 2，鲜重 6.80 16.60 96.60 251.00 10 000.00
不同器官或组织不同
Biblioteka Baidu
① 生殖器官＞营养器官 生殖器官＞ ② 生长旺盛、幼嫩器官＞生长缓慢、 生长旺盛、幼嫩器官＞生长缓慢、 年老器官 ③ 种子内，胚＞胚乳 种子内，
二. 生理意义
1. 为植物生命活动提供能量 2. 中间产物是合成重要有机物质的原料 3. 提供还原力 4.在植物抗病免疫方面有重要作用 4.在植物抗病免疫方面有重要作用
§4-2. 呼吸代 谢的生 化途径
图 4-3 植物体 内主要 呼吸代 谢途径 相互关 系示意 图
淀粉、 淀粉、蔗糖 磷酸己糖 磷酸丙糖