呼吸作用的概念和生理意义

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植物生理学课件第四章呼吸作用

植物生理学课件第四章呼吸作用
体进一步氧化产生ATP。 通过底物水平磷酸化,直接合成ATP。 (2)TCA是植物体进行有氧呼吸的主要途径,是
物质代谢的枢纽。 TCA既是糖、脂类和氨基酸 等彻底分解的共同途径,其中间产物又是合成 糖、脂类和氨基酸的原料。
3. 戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway, PPP)
CO2+H2O
中间代谢产物是合成糖类、脂类、蛋白 质和维生素及各种次生物质的原料
二、生物氧化(biological oxidation)
生物氧化是指发生在生物体细胞线粒 体内的一系列传递氢、电子的氧化还原反 应。生物氧化过程中释放的能量一部分以 热能形式散失,一部分贮存在高能磷酸化 合物ATP中。
简称TCA)
TCA循环中 虽然没有O2的 参加,但必须 在有氧条件下 经过呼吸链电 子传递,使 NAD+ 和FAD、 UQ在线粒体中 再生,该循环 才可继续,否 则TCA循环就会 受阻。
三羧酸循环的生理意义:
(1)TCA是植物体获得能量的最主要形式。 使NAD+和FAD还原成NADH和FADH2。这些电子供
1. 为植物生命活动提供能量
需呼吸作用提供 能量的生理过程有: 离子的主动吸收和运 输、细胞的分裂和伸 长、有机物的合成和 运输、种子萌发等。
不需呼吸作用直 接提供能量的生理过 程有:干种子的吸胀 吸水、离子的被动吸 收、蒸腾作用、光反 应等。
2. 中间产物是合成重要有机物质的原料
呼吸作用的中间产物如,
如:细胞色素系统、铁硫蛋白、铁氧还蛋白等。
呼吸传递体中除 UQ外,大多数组分是与 蛋白质结合,以复合体形式嵌入膜内存在的。
植物线粒体的电子传递链位于线粒体 的内膜上,由五种蛋白复合体组成。

第5章 植物的呼吸作用

第5章 植物的呼吸作用

20℃下,洋葱根尖呼吸的氧饱和点为20%。
过高的氧浓度对植物有毒,这可能与 活性氧代谢形成自由基有关。

图5-21 苹果在不同氧分 压下的气体交换 实点为耗氧量 空点为 CO2释放量 虚线为无 氧条件下CO2的释放,消 失点表示无氧呼吸停止
(三)二氧化碳

二氧化碳是呼吸作用的最终产物,当外界环境中二 氧化碳浓度增高时,脱羧反应减慢,呼吸作用受到 抑制。 大气中C02 的含量约为0.033%,这样的浓度不会 抑制植物组织的呼吸作用。
2、以脂肪或其它高度还原的化合物为呼吸底物,氧化过程中 脱下的氢相对较多(H/O比大) ,形成H2O时消耗的O2多,呼吸 商小于1,如以棕榈酸作为呼吸底物,: C16H32O2 + 23O2 →16CO2+16H2O RQ=16/23 = 0.7(5-23)
3、以有机酸等含氧较多的有机物作为呼吸底物,呼吸商则大 于1,如柠檬酸的呼吸商为1.33。 C6H8O7+4.5O2 → 6CO2+4H2O RQ=6/4.5=1.33 (5-24)
可根据呼吸商的大小大致推测呼吸作用的底物及其性质 的改变,但需注意: 1、呼吸底物只有在完全氧化时,这种推测才有意义。 在无氧条件下发生酒精发酵,只有CO2释放,无O2的吸 收,则RQ=∞。 2,排除体内其他反应的干扰 如有羧化作用发生,则RQ减小。
二、内部因素对呼吸速率的影响

不同的植物种类、代谢类型、生育特性、生理状况,呼吸 速率各有所不同。 一般而言,凡是生长快的植物呼吸速率就高,生长慢的植 物呼吸速率就低。例如细菌和真菌繁殖较快,其呼吸速率 高于高等植物。在高等植物中小麦、蚕豆又比仙人掌高得 多,通常喜温植物(玉米、柑橘等)高于耐寒植物(小麦、苹 果等),草本植物高于木本植物(表5-4)。

七年级(初一)生物 生物 第4章呼吸作用

七年级(初一)生物 生物 第4章呼吸作用
2、氧
过低:(1)无氧呼吸产生酒精;(2)能量不足,有机物过度消耗;(3)没有丙酮酸氧化过程,缺乏新物质合成的原料。
3、CO2 是呼吸作用的最终产物,当外界环境中二氧化碳浓度增高时,脱羧反应减慢,呼吸作用受到抑制。
4、机械损伤 机械损伤会显著增加呼吸速率, 因此在运输、储藏多汁果实、蔬菜时,尽可能防止机械损伤。
二、呼吸作用的生理意义(Significances)
(一)呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部分能量
(二) 呼吸过程为其他化合物合成提供原料
三、呼吸速率和呼吸商
1、呼吸速率 植物的呼吸速率可以用植物的单位鲜重、干重或原生质(以含氮量)表示,或者在一定时间内所放出的二氧化碳的体积,或所吸收的氧气的体积来表示。
2、呼吸商 呼吸商(RQ)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(如1h)内,放出二氧化碳的物质的量与吸收氧气的物质的量的比率叫作呼吸商。
当呼吸底物是糖类(如葡萄糖)而又完全氧化时,呼吸商是1。如果呼吸底物是一些富含氢的物质,如脂肪或蛋白质,则呼吸商小于1。如果呼吸底物只是一些比糖类含氧多的物质,如已局部氧化的有机酸,则呼吸商大于1。
区别:
光 合 作 用
呼 吸 作 用
1、以CO2和水为原料
1、以O2和有机物为原料
2、产生有机物和O2
2、产生CO2和水
3、叶绿素捕获光能
3、有机物的化学能暂存于ATP或散热
4、通过光合磷酸化产生ATP
4、通过氧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磷酸化形成ATP
5、H2O的H转移到NADP(形成NADPH)
5、有机物的H转移到NAD(形成NADH)
最适温度保持稳态的最高呼吸速率的温度,一般植物为25~35℃高于光合最适温度,处于此温度,净光合积累由于呼吸消耗而减少,对生长不利。

植物生理学第4-1章章呼吸作用

植物生理学第4-1章章呼吸作用

戊糖磷酸途径 (PPP) pentose phosphate pathway 在高等植物中,还发现可以不经过EMP生成丙酮酸而进行有氧呼吸的途径,就是PPP途径。即葡萄糖被胞质溶胶和质粒中的可溶性酶直接氧化,产生NADPH和一些磷酸糖的酶促过程。 6G6P+12NADP++7H2O 6CO2 +12NADPH + 12H+ +5G6P+Pi 发生在细胞质中 在成熟和老年组织中及逆境时发生较多
葡萄糖 ATP ATP 磷酸葡萄糖 → 磷酸果糖 二磷酸果糖 磷酸甘油醛 乙醇 2 NADH 二磷酸甘油酸 乙醛 2ATP 2ATP 丙酮酸 磷酸烯醇 磷酸甘油酸 式丙酮酸
淀粉、葡萄糖或果糖在细胞质内,在一系列酶的参与下分解成丙酮酸的过程。
C6H12O6+2ADP+2NAD++2Pi
2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O
对高等植物来说,不管是有氧呼吸还是无氧呼吸,糖的分解都先经过糖酵解阶段,形成丙酮酸, 然后才分道扬镳。
葡萄糖→→丙酮酸 无氧 →无氧呼吸→酒精或乳酸 有氧 → TCA循环→CO2
呼吸代谢途径※
糖酵解途径(EMP)---在细胞质进行
乙醇发酵和乳酸发酵---在细胞质进行
三羧酸循环 (TCA)---在线粒体进行
磷酸戊糖途径(PPP)---在细胞质进行
乙醛酸循环---在乙醛酸体、线粒体进行
乙醇酸氧化途径---在细胞质进行
第二节 植物的呼吸代谢途径
糖酵解(EMP) Embden,Meyerhof,Parnas
无氧呼吸(发酵) 指细胞在无氧条件下,把淀粉、葡萄糖等有机物质分解为不彻底的氧化产物,同时释放能量的过程。 高等植物无氧呼吸可产生酒精或乳酸: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 +Δ G(-226kj) C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+Δ G(-197kj) 苹果、香蕉等贮藏过久有酒味,稻谷酿酒。 胡萝卜和甜菜的块根等贮藏过久有乳酸味。 无氧呼吸是植物适应生态多样性的表现。

第5章.呼吸作用

第5章.呼吸作用
、 鱼藤酮、安密妥 抗霉素A 抗霉素A CN- CO、 CN-、CO、N3-
氧化磷酸化(oxidative phosphorylation): 氧化磷酸化 : 在生物氧化过程中伴随着ATP的合成,即氧化作用和磷酸 在生物氧化过程中伴随着 的合成, 的合成 化作用同时进行。 化作用同时进行。
呼吸, 无O2呼吸,RQ>1; ; 脂转为糖时, 脂转为糖时,RQ<1; ; 糖转为脂时, 糖转为脂时,RQ>1。 。
RQ =1.0
RQ=6/8=0.75
三、呼吸作用的意义
1.呼吸作用提供能量,是植物其它生命过程的能源; 呼吸作用提供能量,是植物其它生命过程的能源; 呼吸作用提供能量
呼吸作用释放能量的速度慢,而且逐步释放, 呼吸作用释放能量的速度慢,而且逐步释放,适合于细胞利用 (图)。
呼吸链: 呼吸链:指按一定顺序排列互相衔接传递氢或 电子到分子氧的一系列呼吸传递体的总轨道。 电子到分子氧的一系列呼吸传递体的总轨道。 电子传递主路: ①电子传递主路:P/O=3 电子传递支路1: ②电子传递支路 :P/O=2 电子传递支路2: ③电子传递支路 :P/O=2 电子传递支路3: ④电子传递支路 :P/O=1 交替途径( ): ):P/O=1 ,因对氰化物不敏感, 因对氰化物不敏感, ⑤交替途径(AP): 又称抗氰支路。 又称抗氰支路。
b.抗坏血酸氧化酶 抗坏血酸氧化酶
抗坏血酸氧化酶是一种含铜的氧化酶; 抗坏血酸氧化酶是一种含铜的氧化酶; 植物体中普遍存在蔬菜和果实中; 植物体中普遍存在蔬菜和果实中; 与植物的受精过程有密切关系,有利于胚珠的发育。 与植物的受精过程有密切关系,有利于胚珠的发育。
抗坏血酸氧化酶
c.酚氧化酶 酚氧化酶
我国植物生理学家汤佩松等提出的论点 呼吸代谢(对生理功能)的控制和被控制(酶活性) “ 呼吸代谢(对生理功能)的控制和被控制(酶活性)” 基因→→ →→代谢 代谢→→ 基因→→ 酶→→代谢→→ 功能

5-1呼吸作用

5-1呼吸作用

以葡萄糖为例,糖酵解的反应式如下:
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→2C3H4O3 +2NADH+2H++2ATP+2H2O
• 糖酵解具有多种功能。(1)糖酵解的一些 中间产物(如甘油醛-3-磷酸等)是合成其他 有机物质的重要原料,其终产物丙酮酸在生 化上十分活跃,可通过各种代谢途径,产生 不同物质。(2)糖酵解中生成的ATP和 NADH,可使生物体获得生命活动所需要的 部分能量和还原力。(3)糖酵解普遍存在生 物体中,是有氧呼吸和无氧呼吸经历的共同 途径。(4)糖酵解有三个不可逆反应,但其 它反应均是可逆的,它为糖异生作用提供基 本途径。
5.4 影响呼吸作用的因素
呼吸作用的指标 呼吸作用的强弱和性质,一般可 以用呼吸速率和呼吸商两种生理指标 来表示。
(1)呼吸速率(respiratory rate)又 称呼吸强度,是最常用的生理指标。 通常以单位时间内单位鲜重或干重植 物组织或原生质释放的CO2的量或吸 收O2的量来表示。
5.4.1 影响呼吸速率的内部因素 (1)植物种类 生长快的植物呼吸速率高于生长慢 的植物。
5.2.1糖酵解
在无氧条件下酶将葡萄糖降解成丙酮酸,并释放 能量的过程,称为糖酵解(glycolysis)。为纪念在研 究糖酵解途径方面有突出贡献的三位德国生物化学家 Embden, Meyerhof和Parnas,又把糖酵解途径称为 Embden-Meyerhof-Parnas途径(EMP Pathway)。 糖酵解普遍存在于动物、植物、微生物的所有细 胞中,是在细胞质中进行的。虽然糖酵解的部分反应 可以在质体或叶绿体中进行,但不能完成全过程。糖 酵解过程中糖分子的氧化分解是没有氧分子的参与下 进行的,其氧化作用所需的的氧是来自水分子和被氧 化的糖分子,故又称为分子内氧化。

04 呼吸作用

04 呼吸作用

依据呼吸过程中是否有氧参与,可将呼吸作用分
为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
3
1、有氧呼吸
有氧呼吸(aerobic respiration)是指生活细胞利 用氧(O2),将某些有机物质彻底氧化分解,生成 CO2和H2O,并释放能量的过程。
如以葡萄糖作为呼吸底物,则有氧呼吸的总过程
可用下列总反应式来表示:
基因

代谢
功能 性状 结构
基因 有序 表达
时间进程
14
生长 发育
一、 化学途径的多样性
糖酵解( Glycolysis): Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), in Cytoplasmic 无氧呼吸(Anaerobic respiration): in cytoplasmic, pyruvic acid.
6
无氧呼吸的特点:
1. 底物分解不彻底;
2. 释放的能量少。
有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。 苹果、香蕉贮藏久了产生的酒味,便是酒精发 酵的结果;胡萝卜、甜菜块根和青贮饲料在储藏时 也会产生乳酸等。 动物组织中也会进行乳酸发酵。
7
二、 呼吸作用的生理意义
1. 为生命活动提供能量
(1) 呼吸作用通过氧化磷酸化和底物水平磷酸化
如NAD+、黄素单核苷酸(FMN)、黄素腺嘌呤二核 苷酸(FAD)、辅酶Q(UQ) 等; (2) 电子传递体 -- 只传递电子,不传递质子; 如细胞色素系统、某些黄素蛋白、铁硫蛋白、铁氧
还蛋白等。 23
NADH等还原性物质中的电子经电子传递链传
递给分子氧生成水,并偶联ADP和Pi生成ATP的过
程 ,称为氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 。

植物的呼吸作用

植物的呼吸作用

2 无氧呼吸:
定义:在无氧条件下,细胞把某些有机物分解 为不彻底的氧化产物,同时释放出少量能量的 过程。高等植物无氧呼吸可以产生酒精或乳酸。
C6H12O6 C6H12O6
2C2H5OH+2CO2+226kj/mol 2CH3CHOHCOOH+197kj/mol
微生物的无氧呼吸——发酵
对于高等植物来说,长期进行无氧呼吸 会使植物中毒(酒精毒害),因此有氧 呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式, 通常所说的呼吸即有氧呼吸。
植物体内蔗糖先分解为葡萄糖和果糖, 再进入EMP途径。
无氧 烯醇化酶
1、EMP反应过 程: 有三步反应不 可逆
脱氢酶
激酶
Glycolysis
2 ATP used
mitochondrion
Net gain of 2ATP and 2NADH
1G→ → 2丙酮酸 获得2ATP和2分子NADH 糖酵解各反应的酶主要都在细胞质中,所以 EMP途径主要在细胞质中进行。
柠檬酸合成酶, α-酮戊二酸脱氢酶系, 琥珀酰CoA合成酶(硫激酶)
所以三羧酸循环是不可逆的
植物体中TCA循 环有一旁路,可 将苹果酸脱羧生 成丙酮酸。 例如CAM植物或 果实成熟时,此 途径可调节有机 酸水平。
图 植物柠檬酸循环
图中显示了柠檬酸循环所有的反应和催化这些反应的酶,还有与此密切相关的丙酮酸脱氢酶和苹果酸
转酮酶
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 转酮酶
2、PPP途径的特点
在细胞质和质体中Байду номын сангаас行;
氧化放能在第一阶段即已完成;
脱下来的氢主要形成NADPH,而EMP-TCA途 径脱下的氢主要形成NADH和FADH2。

呼吸作用的概念及生理意义

呼吸作用的概念及生理意义

碳水化合物
光呼 合吸 作作 用用

CO2+H2O
矿质 水分 物质合成
中间产物
ATP NAD(P)H
放热
原生质
细胞构造 细胞壁
细胞成分
细胞器等
淀粉 核酸 蛋白质 脂肪 激素等
生理活动
细胞分裂 原生质运动 离子吸收 硝酸还原等
提高体温
呼吸作用的主要功能示意图
第四章 植物的呼吸代谢
(Respiration Metabolism in Plant)
——植物体内的物质与能量转变
主要内容:
呼吸作用概述 高等植物的呼吸系统 影响呼吸作用的因素 呼吸作用与农业生产
第一节 呼吸作用的概念及生理意义
呼吸作用的概念及特点 呼吸作用的生理意义 呼吸作用的场所
一、呼吸作用的概念及类型
(二)无氧呼吸
指生活细胞在无氧条件下,把有机物进行不彻底 的氧化分解,同时释放出部分能量的过程。
无氧呼吸又称发酵。
分为:
•酵母菌发酵
酒精发酵: •苹果贮存久了有酒味
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量 △G 0'=-226kJ·mol-1
乳酸发酵:乳酸菌在无氧条件下产生乳酸
与有氧呼吸相比,无氧呼吸的特点:
不吸收O2; 底物分解不彻底; 释放能量少。
二、呼吸作用的特点
C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量
还原剂
氧化剂
1. 复杂的有机物变成了简单的无机物;
2. 在相应酶的催化下进行;
3. 在常温下逐步释放能量。三、呼吸作用的生理意义
1.为生命活动提供直接能源ATP 2.为生物合成提供还原力 3.为其它生物合成提供原料 4.在植物抗病免疫方面有重要作用

植物生理学04呼吸作用

植物生理学04呼吸作用
一 呼吸作用与作物栽培 保证正常呼吸,避免不正常呼吸。
二 呼吸作用与粮食储藏 降水、控温、控湿、控气、控微生物。
三 呼吸作用与果蔬储藏 降温、控氧(3-6%)、保湿、充N2等
第四章练习题 1 何谓植物的呼吸作用?它有什么生理作用? 2 EMP、HMP、TCA 途径的主要过程及各自特点是什么? 3 分析线粒体结构与呼吸作用的相关性。 4 举例说明植物呼吸过程中末端氧化具有多样性的生理义。 5 简述植物通过光合作用和呼吸作用所驱动的能量流动过程。 6 分析植物的光合作用和呼吸作用的相互关系。 7 空气中的氧对植物的呼吸有何影响?为什么? 8 指出柠檬酸、NADPH、NADH 对植物呼吸作用调控的作用 位
促进 抑制ຫໍສະໝຸດ 三腺苷酸能荷调节(一)能荷(EC) 1 定义:用以表示细胞中腺苷酸系统能量状态的指标。
75 100
[ATP] + 1/2 [ADP] 能荷=
[ATP] + [ADP] + [AMP]
ATP合成反应
相对速度(%)
2 能荷与代谢调节
50
通过反馈抑制,话细胞的
25
能荷一般稳定在0.75~0.95
间。能荷是细胞中ATP合
ATP利用反应
成反应和利用反应的调节
0
因素。
0.0
0.5
1.0
能荷
第六节 影响呼吸作用的因素
一 呼吸速率和呼吸商
(一)呼吸速率:
是度量呼吸强度的最常 用的生理指标。通常用植 物的单位鲜重、干重或原生质,在一定时间内所放出 CO2的量或吸收O2的量来表示。
(二)呼吸商
1 定义:呼吸商又称呼吸系数。是表示呼吸底物性
细胞质(基质):糖酵解 戊糖磷酸途径 线粒体:三羧酸循环 生物氧化

六、植物的呼吸作用

六、植物的呼吸作用
CH(OH)COOH + NAD(P) (4) + NAD(P)H+H
(二)三羧酸循环的特点和生理意义
TCA循环的总反应式为: CH3COCOOH+4NAD++FAD+ADP + Pi+2H2O→ 3CO2+4NADH+ 4H++FADH2+ATP 1.获得能量的有效途径
三羧酸循环的反应过程
2.体内物质代谢的枢纽 TCA循环是糖、脂肪、蛋 白质三大类物质的彻底氧 化分解的共同氧化途径; 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。
(3)
CH 2COOH CHCOOH
H 2C COOH C COOH GTP H2
CoASH
(7)
H
GDP+Pi
CO~SC oA 2 O CH 2 CH 2
琥珀酰 CoA COOH
(1) 丙酮酸脱氢酶复合体 (2) 柠檬酸合成酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)(5)异柠檬酸脱氢酶 CH 2COOH (6) α-酮戊二酸脱氢酶复合体 CHCOOH CH 2COOH (7) 琥珀酸硫激酶 + + COCOOH NADH + H NAD CH (5) 草酰琥珀酸 (8) 琥珀酸脱氢酶 2 COCOOH CO 2 (9) 延胡索酸酶 (6) (10)L-苹果酸脱氢酶 CO 2 CoASH α-酮戊二酸
水生成顺乌头酸,然后加水
生成异柠檬酸。(叔醇酸→仲 醇酸,可以脱水)
4.反应 在异柠檬酸脱氢酶催化下,
异柠檬酸脱氢生成NADH,其
中间产物草酰琥珀酸是一个 不稳定的β-酮酸,与酶结 合即脱羧形成α-酮戊二酸。
5.反应
α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脱氢酶复合体催
化下形成琥珀酰辅酶A和NADH,并释放CO2。 该反应不可逆。

5-2呼吸作用

5-2呼吸作用

• 二、影响呼吸作用的因素 • (一)自身因素 • 1、植物种类
• 生长较快的植物,呼吸速率较高;生长缓慢的植 物,呼吸速率比较低。
• 2、同一植物的不同器官和组织,呼吸速率 相差也很大 。生长旺盛的幼嫩器官,如茎尖、
根尖等,其呼吸速率较成熟的茎、根要高;生殖 器官花的呼吸速率较营养器官高 。
• 3、同一器官在不同发育时期,呼吸速率也 不一样。 大多数植物的呼吸速率,会随着日龄
• 3、80%~90%的相对湿度 • 4、气调贮藏 调节库房的气体成分,即减 少含氧量,增加二氧化碳浓度或充入氮气
• 在一定的温度下,不同的果实对贮藏气体 中O2和CO2浓度的要求,各有一个最低和 最高限额,超过这个限额,会引起无氧呼 吸,使果实变质,达不到安全贮藏的效果。
• 四、呼吸作用与鲜切花保鲜 • 1、切花采后要迅速预冷,快速除去带来的田 间热 。 • 2、低温 大部分切花贮藏在接近0℃温度下,贮后
• 1、温度三基点,即最高、最低和最适温度; • 2、在一定范围内温度升高,呼吸作用亦随之增强, 超过温度范围,呼吸作用随温度的升高而迅速降 低; • 3、呼吸作用的最适温度比光合作用的最适温度高; • 4、呼吸作用的最适温度不是对植物生长最有利的 温度 。
• (二)氧气
• 1、呼吸作用是一个耗氧的过程。空气中的氧含 量,既影响呼吸作用的强度,也影响呼吸作用途 径的变化。 • 2、在低氧浓度下,有氧呼吸随氧浓度的增加而增 强,当氧浓度增加到一定程度时,呼吸作用不再 随氧浓度的增加而增强,此氧浓度称为呼吸作用 的氧饱和点。 • 3、无氧呼吸随氧浓度的增加而减弱,当氧浓度增 加到某一点时无氧呼吸消失,这一氧浓度,称为 无氧呼吸熄灭点。 • 4、过高的氧浓度,对植物是不利的。
第二章

呼吸作用

呼吸作用

呼吸代谢的 呼吸代谢的生化途径
一、糖酵解(glycolysis) 糖酵解
为纪念在研究这一途径的三位生化学家:G.Embden, O.Meyerhof和J.K.Parnas,把糖酵解途径简称EMP途径。
定义 淀粉、葡萄糖、果糖在细胞质中分解成丙酮酸的过程,称 为糖酵解。 1.己糖的活化 己糖的活化(3、4、6)己糖在己糖激酶作用下,消耗两个 己糖的活化 ATP逐步转化成果糖-1,6-二磷酸(F1,6BP) 化学历程
总反应式: 2CH3COCOOH+8NAD++2FAD+2ADP+2Pi+4H2O→6CO2+8NADH 2FAD+2ADP+2Pi+ CH +8H++2FADH2+2ATP
三羧酸循环的特点和生理意义
1.获得能量的有效途径 1.获得能量的有效途径 TCA循环中脱下5对氢原子,4对用以还原NAD+,一对还原 FAD。生成的NADH和FADH2,经呼吸链将H+和电子传给O2生 成H2O,同时偶联氧化磷酸化生成ATP。 底物水平磷酸化生成ATP。 2.丙酮酸彻底氧化分解 2.丙酮酸彻底氧化分解 释放三个CO2,这是有氧呼吸释放CO2的来源. 3.代谢枢纽 3.代谢枢纽 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(如乙酰CoA也是脂肪酸和某些氨基酸的代 谢产物)。因此,TCA循环是糖、脂肪、蛋白质三大物质转 化的枢纽。
糖酵解

+2H+
2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP +2H2O
酵母菌的酒精发酵是酿酒工业中的主要生物化学过程。
乳酸脱氢酶
2丙酮酸
2乳酸
2NAD+
2NADH+2H+

植物生理学-第四章植物的呼吸作用

植物生理学-第四章植物的呼吸作用
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指植物组织在一定时间内,释放CO2与吸收O2的数量比值。
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释放CO2的量 R·Q = 吸收O2的量
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R·Q是表示呼吸底物的性质和氧气供应状态的一种指标。
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R·Q = 6CO2 / 6O2= 1
1、呼吸底物的性质 (1)呼吸底物为糖类(G)而又完全氧化时,R·Q为1。
乙醇酸氧化E(过氧化物体)
章节一
细胞色素氧化
交替氧化E
酚氧化E
Vc氧化E
乙醇酸氧化E
分布部位
所含金属
对O2亲 和力
对氰 化物敏感
线粒体 线粒体 质体 细胞质 过氧化 微体 物体
若糖类在缺氧情况下进行酒精发酵,呼吸商大于1,异常的高; 若在呼吸过程中形成不完全氧化的有机酸,呼吸商小于1。如G不完全氧化成苹果酸:
三、呼吸速率的影响因素
(一)内部因素的影响 1、不同植物种类,呼吸速率不同。
植物种类 呼吸速率(氧气,鲜重) μl · g-1 · h-1 仙人掌 3.00 蚕豆 96.60 小麦 251.00 细菌 10 000.00
二、呼吸商的影响因素
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
R·Q = 4CO2 / 11O2= 0.36
如:油料种子萌发初期,棕榈酸先氧化为蔗糖。
(2)若呼吸底物是富含氢的物质,如蛋白质或脂肪,则呼吸商小于1。
C16H32O2 + 11O2 C12H22O11 + 4CO2 +5H2O
乙醇酸氧化途径
PPP在G降解中所占的比例与生理过程有关:
感病、受旱、受伤的组织中,PPP加强 植物组织衰老时,PPP所占比例上升 水稻、油菜等种子形成过程中,PPP所占比例上升
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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。
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+
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
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,
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。
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

糖 、 物
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。
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
§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
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
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。
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。
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
§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 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。
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。
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
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
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。
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。
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