第5章呼吸作用.ppt

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1、 呼吸作用与光合作用共同组成了绿色植物代谢的核心。光合作用所同化的碳素及其储存的能量大部分都必须经过呼吸作用的转化才能变为构成植物身体的成分与有效的能量。第五章第五章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用第一节第一节 呼吸作用的概念及其生理意义呼吸作用的概念及其生理意义 一、呼吸作用的概念一、呼吸作用的概念 呼吸作用呼吸作用（respiration）：是一切活细胞内经过某些代谢途径使有机物氧化）：是一切活细胞内经过某些代谢途径使有机物氧化 分解产生分解产生CO2和和H2O，释放能量的过程。包括有氧呼吸和无氧呼吸。，释放能量的过程。包括有氧呼吸和无氧呼吸。呼吸停止就意味着死亡，呼吸停止就意味着死亡，呼吸

2、代谢是活细胞共同的特征呼吸代谢是活细胞共同的特征。1.有氧呼吸（有氧呼吸（aerobic respiration）：细胞在氧气的参与下，把某些有机物彻底：细胞在氧气的参与下，把某些有机物彻底 分解，放出二氧化碳和水，同时释放能量的过程。分解，放出二氧化碳和水，同时释放能量的过程。C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+Q（686KJ）2.无氧呼吸（无氧呼吸（anaerobic respiration）：）：细胞在没有氧气的参与下，把某些有机物细胞在没有氧气的参与下，把某些有机物 分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。C6H12O6 2C2H

3、5OH+2CO2+Q（54KJ，酒精发酵酒精发酵）C6H12O6 2CH3CHOHCOOH +Q（48KJ，乳酸发酵乳酸发酵）二、二、呼吸作用的指标呼吸作用的指标 呼吸速率呼吸速率(呼吸强度，呼吸强度，respiratory rate)：单位时间单：单位时间单位重量的植物组织放出位重量的植物组织放出CO2的量或吸收的的量或吸收的O2的量。的量。呼吸商（呼吸系数，呼吸商（呼吸系数，RQ）：指植物细胞呼吸时所释：指植物细胞呼吸时所释放的放的CO2与吸收与吸收O2的比值。的比值。RQ主要指示呼吸底物的性质主要指示呼吸底物的性质 糖糖 ，RQ=1RQ=1；富含氧物质（富含氧物质（有机酸有机酸），），R

4、Q1RQ1；富含氢物质（富含氢物质（蛋白质、脂肪酸蛋白质、脂肪酸），），RQ1 RQ1 n糖类为呼吸底物时糖类为呼吸底物时RQ=1，C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O RQ =1.0n脂肪酸为呼吸底物时脂肪酸为呼吸底物时RQ1,2C6H8O7+9O212CO2+8H2O，RQ=12/9=1.33n此外此外RQ还与环境供还与环境供O2，脂糖转化等有关。，脂糖转化等有关。无无O2呼吸，呼吸，RQ1；脂转为糖时，脂转为糖时，RQ1。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；呼吸作用释放能量的速度慢，而且逐步释放，适合于细胞利用呼吸作用释放能量

5、的速度慢，而且逐步释放，适合于细胞利用 （图）（图）。2.为其他有机物的合成提供原料；为其他有机物的合成提供原料；3.与植物抗病有关（与植物抗病有关（PPP途径途径）；）；4.应用于粮食、果蔬贮藏、制茶等方面。应用于粮食、果蔬贮藏、制茶等方面。三、呼吸作用的意义三、呼吸作用的意义呼吸主要功能示意图第二节第二节 呼吸代谢的生化途径呼吸代谢的生化途径 我国植物生理学家汤佩松等提出的论点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）”基因基因 酶酶代谢代谢 功能功能 基因有序表达基因有序表达 形态建成形态建成植物呼吸

6、代谢在植物呼吸代谢在呼吸底物的氧化途径呼吸底物的氧化途径，电子传递途径电子传递途径 和和未端氧未端氧 化物系统化物系统这三个方面存在着多样性，这些构成了呼吸代谢的多这三个方面存在着多样性，这些构成了呼吸代谢的多 样性。样性。植物呼吸代谢并不只有一种途径，植物呼吸代谢并不只有一种途径，不同的植物、同一植物不同的植物、同一植物的不同器官或组织在不同的生育时期、不同环境条件下，呼吸的不同器官或组织在不同的生育时期、不同环境条件下，呼吸代谢可以走不同的途径。代谢可以走不同的途径。呼吸代谢多样性的意义：植物在长期呼吸代谢多样性的意义：植物在长期进化中形成的进化中形成的 对多变环境适应的一种表现。对多变环

7、境适应的一种表现。一、呼吸代谢的多样性一、呼吸代谢的多样性 1、呼吸途径的多样性呼吸途径的多样性（图）（图）糖酵解（糖酵解（EMP），三羧酸循环（），三羧酸循环（TCA），磷酸戊糖途径），磷酸戊糖途径（PPP）；）；乙醛酸循环（脂肪氧化），二乙醛酸循环（脂肪氧化），二羧羧酸循环酸循环，乙醇酸循环（光呼吸）。乙醇酸循环（光呼吸）。年轻的，生长旺盛的组织年轻的，生长旺盛的组织，TCA占主要地位；占主要地位；年老组织及形成次生物质代谢和脂肪合成组织，年老组织及形成次生物质代谢和脂肪合成组织，PPP占主要地位；占主要地位；植物干旱、受伤、感病时植物干旱、受伤、感病时，PPP占主要地位；占主要地位；2、

8、电子传递系统的多样性（、电子传递系统的多样性（呼吸链呼吸链）细胞色素呼吸链，细胞色素呼吸链，交替氧化途径（抗氰呼吸）交替氧化途径（抗氰呼吸）3、未端氧化酶系统的多样性（、未端氧化酶系统的多样性（未端氧化酶未端氧化酶）细胞色素氧化酶，交替氧化酶，细胞色素氧化酶，交替氧化酶，抗坏血酸氧化酶，抗坏血酸氧化酶，酚氧化酶等。酚氧化酶等。1、呼吸代谢途径的多样性、呼吸代谢途径的多样性.EMP途径的图示途径的图示.三羧酸循环（三羧酸循环（TCA）.磷酸戊糖途径（磷酸戊糖途径（PPP）*2、电子传递系统的多样性（呼吸链）电子传递系统的多样性（呼吸链）呼吸链（呼吸链（respiratory chain）：）：呼

9、吸代谢途径中间产呼吸代谢途径中间产物所形成的电子和质子，沿着一系列有顺序的电子传递物所形成的电子和质子，沿着一系列有顺序的电子传递体组成的电子传递系统，传递到分子氧的总过程。体组成的电子传递系统，传递到分子氧的总过程。概念：概念：生物氧化、呼吸链、氧化磷酸化（定义，指标生物氧化、呼吸链、氧化磷酸化（定义，指标P/O）底物水平磷酸化，解偶联剂（底物水平磷酸化，解偶联剂（2.4二硝基苯酚），二硝基苯酚），电子电子传递体，氢传递体传递体，氢传递体等。等。场所：场所：线粒体线粒体（图）（图）呼吸电子传递链呼吸电子传递链氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)：在生物氧

10、化过程中伴随着在生物氧化过程中伴随着ATP的合成，即氧化作用和磷酸的合成，即氧化作用和磷酸化作用同时进行。化作用同时进行。鱼藤酮、安密妥鱼藤酮、安密妥 抗抗霉素霉素A ACN-CN-、COCO、N N3 3-呼吸链：指按一定顺序排列互相衔接传递氢或呼吸链：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。n电子传递主路：电子传递主路：P/O=3n电子传递支路电子传递支路1：P/O=2n电子传递支路电子传递支路2：P/O=2n电子传递支路电子传递支路3：P/O=1n交替途径（交替途径（AP）：）：P/O=1，因对氰化物不敏感，因对氰化

11、物不敏感，又称抗氰支路。又称抗氰支路。交替氧化途径（抗氰呼吸交替氧化途径（抗氰呼吸）交替氧化途径（抗氰呼吸）：交替氧化途径（抗氰呼吸）：植物体内呼吸链中有一条对植物体内呼吸链中有一条对CNCN-不敏感链支路，不敏感链支路，e e传递是传递是e e被被CoQCoQ接后不传递给接后不传递给CytbCytb，而是传，而是传给另一受体给另一受体x x，由，由x x直接传递给直接传递给O O2 2，形成一种不同于细胞色素系，形成一种不同于细胞色素系统的统的e e传递系统。传递系统。放热呼吸：放热呼吸：抗氰呼吸电子传递过程中释放的大部分抗氰呼吸电子传递过程中释放的大部分 能量以热的形式散发出来，也称为放热

12、呼吸。能量以热的形式散发出来，也称为放热呼吸。作用：作用：1 1、放热增温，促进植物开花、种子萌发；、放热增温，促进植物开花、种子萌发；（天南星科佛焰花序、白星海芋科、睡莲科等植物花序的发育）（天南星科佛焰花序、白星海芋科、睡莲科等植物花序的发育）2 2、增加乙烯生成，促进成熟和衰老；、增加乙烯生成，促进成熟和衰老；3 3、防御真菌感染，增强抗病能力；、防御真菌感染，增强抗病能力；4 4、分流电子，使代谢协同调控。、分流电子，使代谢协同调控。细胞色素呼吸链细胞色素呼吸链 （P/O=3）交替氧化途径交替氧化途径（P/O=1）3.末端氧化酶系统的多样性末端氧化酶系统的多样性 末端氧化酶末端氧化酶(

13、terminal oxidase(terminal oxidase)：处于呼吸链的末端，能活处于呼吸链的末端，能活化分子态氧的酶。化分子态氧的酶。EMP-TCAPPP 动植物以及微生物中普遍存在的末端氧化酶系统，动植物以及微生物中普遍存在的末端氧化酶系统，植物体内植物体内 最主要的末端氧化最主要的末端氧化酶酶，与，与O2的亲和力极高，承担细胞内约的亲和力极高，承担细胞内约80%的耗氧量。的耗氧量。其作用是将其作用是将Cyta3电子传给电子传给O2，生成，生成H2O。主要接受主要接受Ctya3Ctya3的电子，传递给氧。金属辅基为的电子，传递给氧。金属辅基为CuCu。抑制剂：抑制剂：KCNKCN

14、（氰化钾），（氰化钾），NaN3(NaN3(叠氮化钠叠氮化钠)，COCOa.细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶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。抗坏血酸氧化酶抗坏血酸氧化酶 c.酚氧化酶酚氧化酶 伤呼吸：伤呼吸：当细胞受到破坏时，酚氧化酶和底物当细胞受到破坏时，酚氧化酶和底物(酚酚)接触，发生反应，将酚氧化成棕褐色的醌，醌对微生物接触，发生反应，将酚氧化成棕褐色的醌，醌对微生物有毒，

15、防止植物感染。有毒，防止植物感染。多酚氧化酶多酚氧化酶 在正常情况下，酚氧化酶与其底物是分开的，植物在正常情况下，酚氧化酶与其底物是分开的，植物组织受伤时，酶与底物接触发生反应，如苹果、土豆等削组织受伤时，酶与底物接触发生反应，如苹果、土豆等削皮后出现的褐色。醌对微生物有毒皮后出现的褐色。醌对微生物有毒，从而对植物组织起，从而对植物组织起保护作用。保护作用。酚氧化酶在生活中的应用：酚氧化酶在生活中的应用：马铃薯、苹果、梨削皮后易变褐；马铃薯、苹果、梨削皮后易变褐；鸭梨黑心病；荔枝摘下过久变褐；鸭梨黑心病；荔枝摘下过久变褐；将土豆丝侵泡在水中（起隔绝氧和稀释酶及底物的作用），将土豆丝侵泡在水中（

16、起隔绝氧和稀释酶及底物的作用），抑制其变褐；抑制其变褐；制茶（绿茶、红茶）；烤烟生产；制茶（绿茶、红茶）；烤烟生产；制绿茶时把采下的茶叶立即焙炒杀青，破坏多酚氧化酶，制绿茶时把采下的茶叶立即焙炒杀青，破坏多酚氧化酶，以保持其绿色；以保持其绿色；红茶时，则要揉破细胞，通过多酚氧化酶的作用将茶叶红茶时，则要揉破细胞，通过多酚氧化酶的作用将茶叶中的酚类氧化，并聚合为红褐色的物质。中的酚类氧化，并聚合为红褐色的物质。加工果蔬时用有机酸降低加工果蔬时用有机酸降低pHpH值，抑制酚酶活性；值，抑制酚酶活性；加工桃、加工桃、杏、苹果时，用杏、苹果时，用SOSO2 2和亚硫酸盐等抑制酶的活性。和亚硫酸盐等抑制酶的活性。末端氧化酶的比较 Fig.5-1第四节第四节 呼吸作用的调节控制呼吸作用的调节控制1巴斯德效应巴斯德效应巴斯德效应：氧对发酵作用的抑制效应。巴斯德效应：氧对发酵作用的抑制效应。O O2 2可以降低碳水化合物的分解代谢和减少糖酵解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。产物的积累。机理：机理：O2对细胞内对细胞内ATP/ADP调节效应。调节效应。无无O2，阻止了呼吸链，阻止了呼