第四章 呼吸作用-王

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是一种含黄素的氧化酶,催化乙醇酸氧化为 乙醛酸,并产生过氧化氢: C2H5OH
CH3CHO NAD+ NADH 乙醇酸 乙醛酸 O2 H2O2
H2O+1/2O2
乙醇酸氧化酶在光呼吸中起重要作用,并与甘 氨酸的合成有关。
(5)交替氧化酶(altornate oxidase)
呼吸代谢的多样性及其生理意义: (1)呼吸底物降解的多途径:
( 2 )该途径产生的核糖是合成核酸、各种核 苷酸、辅酶、维生素等的原料;
( 3 )该途径在植物的抗病免疫方面具有特别 重要的意义。植物染病不仅呼吸作用增强,呼吸 途径也发生改变, PPP 途径明显增强。进一步转 化合成多种酚类物质以及植保素和木质素等抗病 物质,增强植物对伤、病的抵抗能力。
四、呼吸电子传递与氧化磷酸化
C6H12O6= 2C2H5OH+CO2+24千卡
C6H12O6= 2CH3CHOHCOOH+18千卡
与有氧呼吸相比,无氧呼吸:
(1)没有氧气参与;
(2)底物氧化不彻底,中间代谢产物少;
(3)产能少;
有氧呼吸是高等植物的呼吸作用的主要形式;
无氧呼吸仅在特定器官和特定的条件下才发生, 有利于植物对环境的适应。
第四章 植物的呼吸作用
生命科学学院 王渭玲
生 物质代谢 物 体 内 的 新 能量代谢 陈 代 谢
同化作用
将简单无机物合成有机 物,同时将吸收的能量
转变为化学能贮存在合 成的有机物中。 将有机物分解为简单无 机物,同时将贮存在有 机物中能量释放出来, 供生命活动之用。
异化作 用
第一节 呼吸作用的概念及意义
坏血酸氧化酶、乙醇酸氧化酶、黄素氧化酶等多
种呼吸电子传递的末端氧化酶。
(1)细胞色素氧化酶
即呼吸链上的末端氧化酶(Cyt a3),是一种
含铁的酶,它将呼吸链上传来的电子传递给O2, 将其还原成H2O: 4e4H+
4Cyt a3(Fe2+)+O2
2O2-
2H2O
4Cyt a3(Fe3+)
该酶是植物体内最重要的末端氧化酶,正 常情况下氧的消耗近4/5是由该酶完成的。
是一种含铜的氧化酶,催化O2将Vc氧化为脱 氢Vc:
1 抗坏血酸氧化酶 抗坏血酸 + 2 O2 脱氢抗坏血酸+H2O
AH2 A
NADP+ NADPH
脱氢酶
2GSH GS-SG
脱氢Vc Vc
H2O 1/2O2
谷胱甘肽还原酶源自文库
Vc 还原酶
Vc 氧化酶
(4)乙醇酸氧化酶(glycolic acid oxidase)
(2)酚氧化酶(phenol oxidase)
是一种含铜的酶,该酶能将酚类氧化成相应 的醌类,有单酚氧化酶和多酚氧化酶两类。多酚 氧化酶与植物的受伤反应和抗病有关。
OH OH
1 + 2 O2
NADP 酚 酶
O + H2O O O2 H2O
AH2
A
NADPH2

(3)抗坏血酸氧化酶(ascorbic acid oxidase)
1、呼吸链(respiration chain):
即呼吸电子传递链,是位于线粒体内膜(脊膜) 上的由一系列电子传递体按一定的顺序排列起来
组成的呼吸电子传递轨道。
电子传递体是一些氧化还原迅速而可逆的分子,
呼吸链中电子传递是按氧化还原电位由低到高的
顺序依次排列的。呼吸底物氧化分解脱出的电子 经呼吸链最终传递给分子氧,将氧还原成水。
三、磷酸戊糖途径(PPP)
也称已糖磷酸途径(hexose monophosphate pathway HMP),是葡萄糖氧
化分解的另一条途径。
植物体内糖的氧化分解一般是以EMP-
TCAC途径为主,PPP所占比例较小
(3%~30%)。但在个别组织或器官,以及植 物遇逆境时该途径的比例明显增大。
与EMP-TCAC相比,PPP的主要特点是:
抗氰呼吸的生理意义
(1)与细胞分化、生理和果实成熟有关
如烟草组织培养物发生分化和芽原基形成的烟草愈伤组织,其 交替途径由占总呼吸的29%~38%上升至41%~47%以上,而主 途径由大约44%~51%降至30%左右。 (2)抗氰呼吸是一个放热呼吸
当电子经过交替途径传递时,P/O比为1,释放出的能量大部 分以热的形式散发出,有利于许多低温沼泽地区植物开花。同 时呼吸放热可促进一些物质如NH3、胺类等的挥发、产生腐 臭味,吸引一些昆虫传粉。有些植物种子萌发早期,呈现抗氰 呼吸,其放热作用可促进种子萌发。
总之,呼吸多样性的形成增强了植物对环 境的适应能力,使植物不会因为某种环境条件 的变化而死亡。
第三节 影响呼吸作用的因素
一、内部因素的影响
植物的种类:凡生长快的植物呼吸速率高; 同一植株的不同器官:因非代谢组织的比重 不同、与O2接触程度不同,呼吸速率有很大差异; 同一器官的不同组织:代谢旺盛组织呼吸强; 同一器官的不同年龄:幼嫩时呼吸强,长成 后下降,衰老时又升高;
二、呼吸作用的生理意义
(1)呼吸作用提供了植物生命活动所需的能量。 呼吸作用在氧化分解有机物的同时,释放能量,并 转换成生命活动可利用的形式(如ATP),供生命活 动之需 。
(2)呼吸作用为细胞内其它物质的合成提供原 料。呼吸作用中,糖类在被彻底氧化分解成的过程 中,产生许多中间产物,这些中间产物是进一步合 成其它重要生命物质的原料。
在呼吸电子传递链中,细胞色素氧化酶可 被KCN、NaN3、CO等强烈抑制。
但有些植物其呼吸电子传递是通过对氰化物不敏 感的交替氧化酶(也称抗氰氧化酶)直接将电子传递 给分子氧,因此其呼吸对氰化物不敏感,称为抗氰呼 吸或交替途径 。在该途径中,电子从主路的 UQ(或 Cytb)处分离出来,经交替氧化酶直接传递给O2:
NADH→FMN→Fe.S→Q→b.c.c1→a.a3→O2
抗氰氧化酶
该电子传递途径也称电子传递支路(呼吸链 称为主路)。由于电子传递过程中只有一个磷酸 化部位,其能量大都以热的形式释放。 抗氰呼吸的强弱与植物的种类、发育时期和 外界环境条件等有关。 抗氰呼吸的生理功能与植物的许多生命现象 如、细胞分化、开花、传粉、种子萌发、果实成 熟等有密切关系 。
在植物体内存在着EMP-TCAC、PPP、无氧
呼吸、光呼吸、乙醛酸循环等呼吸途径。一般植
物是以 EMP-TCAC 为主,只有当环境条件变化
使该途径受阻(或在特定生长发育阶段)时,其
它途径的比例才有所增大,因此这种呼吸途径的 多样性增强了植物对环境的适应能力。
(2)呼吸电子传递的多途径:
植物体内存在着多条呼吸电子传递途径,除

二、三羧酸循环(TCAC)
EMP产生的Pyr在有氧条件下,进入线粒体,
经TCAC彻底氧化分解为CO2。 在有氧条件下丙酮酸在线粒体基质中彻底氧化 分 解 为 CO2 的 循 环 反 应 途 径 三 羧 酸 循 环 (TCAC)。也称为柠檬酸循环(citric acid cycle),
或克雷布斯循环(Krebs cycle)。
(3)呼吸作用在植物的抗病免疫方面也具有重 要作用。
三、呼吸作用的指标及测定 1、指标 (1)呼吸速率(呼吸强度)
植物的单位鲜重、干重或蛋白氮,在一定时间内 所释放出的CO2的量或吸收O2的量。
常用单位: ul O2(或ulCO2)•g-1(FW或DW)•h-1 mgO2(或mgCO2)•g-1(FW或DW)•h-1
在呼吸链电子传递到氧的过程中, 有三个部位可以产生ATP。
ADP+Pi ATP
NADHFP Fe-S UQ Cyt b
部位 I
Fe-S
部位 II
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
Cyt c1
Cyt c
ATP
O2
Cyt a3
Cyt a
部位 III
2、植物的其它呼吸代谢途径

呼吸电子传递途径除了电子传递细胞色 素系统主路之外,还存在不同的电子传 递支路
一、呼吸作用的概念
呼吸作用的实质是发生在生活细胞内生物 氧化过程。 高等植物的呼吸作用包括有氧呼吸和无氧 呼吸两种类型:
有氧呼吸:是指生活细胞在氧气的参与下,把某些
有机物彻底氧化分解成 CO2和H2O,同时释放能量
的过程:
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+能量(686千卡)
无氧呼吸:
是在无氧条件下,生活细胞将某些有机 物分解成不彻底的氧化产物,同时释放能量 的过程,其产物可以是乙醇或乳酸:
呼吸链电子传递主路外,还存在有抗氰呼吸电子 传递支路等多条电子传递支路。通常是以呼吸链 主路为主,其他支路则随不同的生长发育阶段、 不同的环境条件和不同的组织器官而所占比例不
同,常与特定的物质代谢和生理活动相联系,表
现不同的生理功能。
(3)末端氧化酶的多样性:
已知植物体内有细胞色素氧化酶、抗氰氧 化酶、多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、乙醇酸 氧化酶、黄素氧化酶等多种呼吸电子传递的末 端氧化酶。其中以细胞色素氧化酶为主,其他 氧化酶的存在只起辅助适应作用。植物可以通 过末端氧化酶的更替来适应环境条件的变化。
二、环境因素的影响
1、温度:
通过影响呼吸酶的活性影响呼吸作用,存在 有明显的“三基点”现象。呼吸作用的最适温度 会随时间延长而有所降低。 温度升高10 0C而引起反应速度增加的倍数称为温度
(2)呼吸商(respiratory quotient RQ):
也称为呼吸系数(respiratory coefficient),
是表示呼吸底物性质和供氧状况的指标。即植 物组织在一定时间内呼吸作用放出CO2与吸收O2 的摩尔数之比:
RQ=
放出CO2(mol)
吸收O2(mol)
物质完全氧化分解时: 碳水化合物:
C6H12O6+6O6=6CO2+6H2O
脂肪、蛋白质:
RQ=1 RQ 1
RQ1
C57H104O6+78O2=57CO2+52H2O
有机酸:
C6H8O7+4.5O2=6CO2+4H2O
当供氧不足时,RQ增大,无氧呼吸时,RQ无限大。
第二节
植物呼吸作用的代谢途径
植物的呼吸作用具有多样性,主要表现为呼吸底
(3)抗氰呼吸可起分流电子的作用。 当光合作用速率增快、碳水化合物过剩,细胞色 素系统主途径被电子饱和时,就会发生电子溢 流,交替途径运行速率提高,可保证TCA循环 继续运行,而不产生氧化磷酸化,使大部分能 量以热的形式散发出去。
3、末端氧化酶(terminal oxidase)
指处于生物氧化还原电子传递系统的最末 端,最终将电子传递给分子氧的酶。 植物体内的末端氧化系统具有多样性,有 细胞色素氧化酶、抗氰氧化酶、多酚氧化酶、抗
TCAC 的全过程可分为:乙酰 CoA 的形成、
TCAC的运转两个反应阶段。
总结:
(1)1Pyr经TCAC一次循环分解为3CO2,同
时产生5对氢(还原性辅因子); (2)NADH等的电子经呼吸链传递经O2时可 产生ATP。 (3)TCAC产生了许多活跃的中间产物,可
作为合成其重要生命物质的原料。
(1)葡萄糖不经过三碳糖阶段,而是直接 脱氢脱羧氧化分解为磷酸戊糖,故也称为葡萄 糖的直接氧化途径。 (2)PPP中,脱氢酶的辅酶是NADP+(辅 酶II);而EMP-TCAC中主要是NAD+。 (3)PPP的全过程是在细胞质中进行的。
PPP的生理意义:
(1)该途径产生的大量NADPH+H是细胞质合 成其他重要物质(如脂肪等)的供氢体
物降解的多途径和电子传递的多样性。 底物降解主要有:EMP-TCAC途径、PPP途径、无氧 呼吸途径等; 电子传递途径主要有:呼吸主链电子传递途径、 抗氰支链电子传递途径及其它末端氧化酶引起的多 条电子传递途径。
二、植物的呼吸代谢途径
高等植物的呼吸 是在线粒体和细胞 质基质中完成

呼吸底物:
主要是糖 , 包括单糖、 多糖 , 还有脂类 , 蛋白 质很少.
呼吸链传递 体按其传递的对象分为:
氢传递体:NAD+、FAD、CoQ等; 电子传递体:Fe-S、cytb、cytc、cyta、cyta3 等(细胞色素系统)。 细胞色素系统是靠其分子中铁卟啉中的铁原 子传递电子的:
Fe3+(氧化型)
+e-e-
Fe2+(还原型)
电子传递中自由能降 低及三个磷酸化部位
一、糖酵解(glycolysis)
是指淀粉或葡萄糖在一系列酶的催化下,氧
化分解为丙酮酸的过程。由于糖的氧化分解是脱 氢氧化,没有O2的参与,故称为酵解。该途径简
称为EMP途径。
EMP是在细胞质中进行的,六碳糖经磷酸
化后先裂解为2分子三碳糖,然后再经脱氢氧化
转变为三碳酸——丙酮酸。
无氧条件下丙酮酸脱羧还原成酒精或直接还 原成乳酸; 有氧条件下脱羧形成Ac.CoA,进入TCA。 可见,EMP是有氧呼吸和无氧呼吸必经的共 同途径。
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