植物生理学呼吸作用

资源描述

《植物生理学呼吸作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物生理学呼吸作用（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、光合反应过程：光合反应过程：光反应光反应暗反应暗反应（光下进行，基粒上完成）（光下进行，基粒上完成）（不需光，（不需光，基质中完成）基质中完成）光合作用光合作用 ( Photosynthesis )绿色植物吸收太阳的光能，利用光能将水分解，放出绿色植物吸收太阳的光能，利用光能将水分解，放出氧气，并将氧气，并将CO2还原为有机物，将光能转化成化学能还原为有机物，将光能转化成化学能并贮藏在有机物中。这样一个过程被称为光合作用。并贮藏在有机物中。这样一个过程被称为光合作用。 1光反应光反应光光能能的的吸吸收收和和传传递递，水水的的光光解解释释放放氧氧气气，光光能能转转化化成成电电能能，电电能能转转

2、化化成成活活泼泼化化学学能能（NADPH和和 ATP的形成）的形成）2Formation of proton gradient is light-dependent 341. 非环式光合磷酸化非环式光合磷酸化2. 环式光合磷酸化环式光合磷酸化5三类三类C3途径途径还原磷酸戊糖途径（卡尔文循环）还原磷酸戊糖途径（卡尔文循环）C4二羧酸途径二羧酸途径景天科植物酸代谢途径（景天科植物酸代谢途径（CAM途径）途径）基本途径基本途径暗反应暗反应 CO2的同化的同化-叶绿体利用光反应形成的活泼化学能（叶绿体利用光反应形成的活泼化学能（ATP，NADP）将将CO2固定、还原成有机物的过程。固定、还原成有机物

3、的过程。6计算同化力：1分子CO2固定还原，消耗：3 ATP、2 NADPH3CO2+ 9ATP+ 6NADPH+6H+ - C3糖-磷酸+ 9ADP + 8Pi+ 6NADP+小结小结：7第四章第四章植物的呼吸作用植物的呼吸作用一、呼吸作用的概念一、呼吸作用的概念生物体内进行有机物的氧化，释放能量的过程。生物体内进行有机物的氧化，释放能量的过程。第一节第一节呼吸作用的概念及意义呼吸作用的概念及意义有氧呼吸有氧呼吸生活细胞在生活细胞在O2参与下，将有机物参与下，将有机物彻底氧化彻底氧化，同，同时释放能量的过程。时释放能量的过程。C6H12O66O2 6CO26H2O能量（能量（ATP）

4、呼吸基质：碳水化合物、脂肪、有机酸、蛋白质等呼吸基质：碳水化合物、脂肪、有机酸、蛋白质等主要碳水化合物（主要碳水化合物（G、F、Sucrose, Starch）二种类型二种类型8二、意义二、意义1. 为植物生命活动提供能量；为植物生命活动提供能量；2. 为其它各种有机物合成提供原料。为其它各种有机物合成提供原料。无氧呼吸无氧呼吸在无在无O2条件下，生活细胞将有机物分解成条件下，生活细胞将有机物分解成不彻底不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。的氧化产物，同时释放能量的过程。(微生物微生物-发酵发酵)C6H12O6 2CO2 2C2H5OH 能量能量(ATP)C6H12O6 2CH3CHO

5、HCOOH 能量能量 (ATP)9 第二节第二节呼吸作用的代谢途径呼吸作用的代谢途径呼吸代谢主要途径三个环节：呼吸代谢主要途径三个环节： 1. 糖酵解（糖酵解（EMP） 2. 三羧酸循环（三羧酸循环（TCA） 3. 电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化10一、糖酵解一、糖酵解 EMP途径途径（ Embden, Meyerhof and Parnus）1. 概念概念呼吸过程中呼吸过程中糖糖的逐步分解，转化成的逐步分解，转化成丙酮酸丙酮酸的过程；的过程；不需要氧。不需要氧。是有氧呼吸与无氧呼吸共同具有的糖分解途径。是有氧呼吸与无氧呼吸共同具有的糖分解途径。112. 过程过程（1）准备

9、底氧化生成将糖转化成丙酮酸，将进入线粒体，彻底氧化生成 ATP； 2. 生成中间产物，与其他代谢建立联系；生成中间产物，与其他代谢建立联系； 3. 生成生成NADH，可在线粒体中氧化，生成可在线粒体中氧化，生成ATP； 4. 生成生成ATP进入线粒体氧化进入线粒体氧化有氧呼吸有氧呼吸O2无无O22C3H4O32 NADH +2H+发酵发酵无氧呼吸无氧呼吸（乳酸发酵、（乳酸发酵、酒精发酵）酒精发酵）17COO H| | C=O| | CH3 丙酮酸丙酮酸CO2 HC=O| | CH3 乙醛乙醛NADH+H + NAD+H2COHCH3 酒精酒精NADH+H + NAD+COOHCHOHCH3

10、乳酸乳酸酒精发酵酒精发酵乳酸发酵乳酸发酵无氧呼吸的意义：无氧呼吸的意义： 1. 缺乏氧气植物通过发生无氧呼吸，获得能量。缺乏氧气植物通过发生无氧呼吸，获得能量。 2. 消耗多余的丙酮酸、消耗多余的丙酮酸、NADH； 3. NAD+再生，保证再生，保证EMP继续进行继续进行1819二、三羧酸循环（二、三羧酸循环（TCA环）环）（Tricarboxylic acid cycle ）英国化学家英国化学家Hans Krebs 在在1937年提出年提出Krebs循环循环获得获得1953年诺贝尔奖年诺贝尔奖1. 定义：定义：糖糖酵酵解解到到丙丙酮酮酸酸以以后后，有有氧氧的的情情况况下下丙丙酮酮酸酸进进

11、入入线线粒粒体体，逐逐步步氧氧化化分分解解，形形成成CO2和和水水。将将这这一一过过程程称为称为三羧酸循环。三羧酸循环。中间重要产物为柠檬酸中间重要产物为柠檬酸柠檬酸循环柠檬酸循环2. 途径途径由由于于丙丙酮酮酸酸不不能能直直接接进进入入TCA环环，首首先先要要进进行行氧氧化化脱羧脱羧乙酰乙酰CoA（CH3COSCoA）TCA环。环。20（1）乙酰）乙酰CoA的形成（丙酮酸脱羧氧化）的形成（丙酮酸脱羧氧化）脱羧、脱氢氧化脱羧、脱氢氧化丙丙酮酮酸酸- 形形成成已已酰酰-CoA O O | + HS-CoA 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系 | CH3-C-COOH CH3C-S-CoA +C

12、O2 NAD+ NADH +H+ 多种酶：多种酶：丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶E1；双氢硫辛酸乙酰基转移双氢硫辛酸乙酰基转移E2；双氢硫辛酸脱氢酶双氢硫辛酸脱氢酶E3。多个辅酶：多个辅酶：TPP、CoA、NAD、FAD、SSL丙酮酸脱氢酶系多酶体系（酶复合体）：丙酮酸脱氢酶系多酶体系（酶复合体）：21（2）三羧酸循环）三羧酸循环柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸22235次脱氢氧化，三次脱羧次脱氢氧化，三次脱羧酶酶辅酶辅酶脱羧脱羧生成物生成物 1. 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系 NADH * 已酰已酰

13、CoA 2.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 NADH * -酮戊二酸酮戊二酸 3.-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 NADH * 琥珀酰琥珀酰CoA 4.琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 FADH 苹果酸苹果酸 5.苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 NADH 草酰乙酸草酰乙酸底物氧化磷酸化底物氧化磷酸化 1分子分子ATP 琥珀酰琥珀酰CoA + ADP+Pi -琥珀酸琥珀酸 +ATP+HS-CoA经过经过TCA，1分子丙酮酸彻底氧化为分子丙酮酸彻底氧化为3CO2TCA（丙酮酸氧化）丙酮酸氧化）24C6H12O6+ 2NAD+ 2ADP+Pi 2C3H4O3+ 2 NADH +H+ + 2 ATP TCA循环

14、总反应概括：循环总反应概括：EMP+TCA+10NADH+ 10H+ C6H12O66H2O6CO210NAD +4ADP+Pi4ATPEMP2C3H4O3+ 6H2O6CO210NAD +8NADH+ 8H+ 2 FADH22ADP+Pi2ATP2 FAD2 FADH225三羧酸循环意义：三羧酸循环意义：1. 彻底氧化丙酮酸；彻底氧化丙酮酸；2.生成生成ATP；3.生成了生成了NADH、FADH2，进一步氧化可生成，进一步氧化可生成ATP；4.通过中间产物与其他代谢联系。通过中间产物与其他代谢联系。 EMPTCA是有氧呼吸的主要途径是有氧呼吸的主要途径呼吸干路呼吸干路但不是唯一的途径。但不是

16、 G RU-5-PNADP+H2ONADPH+H+NADP+NADPH+H+每1分子葡萄糖氧化成核酮糖-5-磷酸：形成 1 分子CO2 2 分子NADPH 消耗 1分子ATP 1 过程过程276次反应分解次反应分解1分子分子G： 6 G-6 -P 12 NADP+ 6 H2O 6 CO2 6 Ru-5-P + 12 NADPH12 H+ 2. 特点特点（1）G直接氧化；直接氧化；（2）脱氢酶的辅酶为）脱氢酶的辅酶为NADP ；（3）中间产物与光合代谢相仿，活跃地转入合成代谢；中间产物与光合代谢相仿，活跃地转入合成代谢；（4）反应是在）反应是在细胞质细胞质中进行。中进行。6 Ru-5-

17、P 5 G-6-P + Pi G- 6-P 12NADP+ 6H2O 6 CO2 Pi + 12NADPH12H+28 3. 生理意义生理意义（1）当呼吸干线受阻后，代替正常的有氧呼吸提供能量。）当呼吸干线受阻后，代替正常的有氧呼吸提供能量。（2）中间产物十分活跃，可以沟通各个代谢反应。）中间产物十分活跃，可以沟通各个代谢反应。5P核酮糖核酮糖核糖核糖 C7、C3、C4、C6、C5 （与光合作用中间产物相同）与光合作用中间产物相同）核酸、辅酶、核酸、辅酶、ATP等等 1，5RuBP（参与光合作用）参与光合作用）（3）抗病方面有特殊作用：）抗病方面有特殊作用：PPP活性强，抗病性强。活性强，

18、抗病性强。2930第三节第三节生物氧化生物氧化呼呼吸吸代代谢谢的的生生化化过过程程中中底底物物上上脱脱下下的的氢氢进进一一步与氧结合的过程叫生物氧化步与氧结合的过程叫生物氧化。一、呼吸电子传递系统一、呼吸电子传递系统电子传递主路电子传递主路二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化三、呼吸电子传递支路三、呼吸电子传递支路抗氰呼吸抗氰呼吸31一、呼吸电子传递系统一、呼吸电子传递系统电子传递主路电子传递主路概概念念：呼呼吸吸代代谢谢中中间间产产物物氧氧化化脱脱下下质质子子H（H+ e）或或电电子子，沿沿着着按按一一定定顺顺序序排排列列的的呼呼吸吸传传递递体体传传递递到到分分子子氧氧的的总总轨道。轨道。

19、氢传递体氢传递体：NAD、FMN、FAD、UQ，传递传递H（ H+ e ）电子传递体电子传递体：细胞色素体系（：细胞色素体系（b、c、aa3 ），），只传递只传递 e32NADH + H+ NAD +FMNFMNH2CoQH2CoQFe3+Fe2+Fe2+Fe3+Cyt bCyt aa3 H 2O1/2 O2Cyt CFe3+Fe2+NADH-CoQ氧化还原酶氧化还原酶CoQ-细胞色素氧细胞色素氧氧化还原酶氧化还原酶细细胞胞色色素素氧氧化酶化酶NADH氧化氧化33FADFADH2CoQH2CoQFe3+Fe2+Fe2+Fe3+Cyt bCyt aa3 H 2O1/2 O2Cyt CFe3+F

20、e2+FAD-CoQ氧化还原酶氧化还原酶FADH氧化氧化34351、NADH 脱氢酶（复合体脱氢酶（复合体I）含含有有FMN和和几几个个铁铁-硫硫蛋蛋白白，催催化化NADH+H+的的2个个H+经经FMN转转运运到到膜膜间间空空间间，同同时时经经Fe-S中中心心将将2个个电子传递到泛醌。电子传递到泛醌。36多种脱氢酶的辅酶，多种脱氢酶的辅酶，传递电子和氢传递电子和氢FMN+2H（2H+2e） FMNH2氧化型氧化型还原型还原型372.琥珀酸琥珀酸-泛醌氧化还原酶（复合体泛醌氧化还原酶（复合体II）含有琥珀酸脱氢酶、含有琥珀酸脱氢酶、FAD和和3个铁个铁-硫蛋白硫蛋白 FAD（核素腺嘌呤二

21、核苷酸）核素腺嘌呤二核苷酸）FAD + 2 H（2 H+2 e） FADH2 氧化型氧化型还原型还原型38黄素蛋白酶黄素蛋白酶以以FAD、FMN为辅酶、含有为辅酶、含有Fe-S中心中心如琥珀酸脱氢酶：大亚基如琥珀酸脱氢酶：大亚基 1FAD 、1Fe-S 小亚基小亚基2 Fe-S3. UQ（泛醌）泛醌）9-10个异戊二烯单位组成，个异戊二烯单位组成，唯一非蛋白成员。唯一非蛋白成员。与线粒体内外质子传递相关。与线粒体内外质子传递相关。UQUQH2394. 细胞色素细胞色素bc1复合体（复合体复合体（复合体III）与细胞色素）与细胞色素CCty a 、Cty b 、Cty c三类，在三类，在

22、500-600nm有最大吸收有最大吸收电子传递：电子传递：UQ- Cty b - Cty c1 - Cty c （1） Cty b b556、b560、b565 Cty C1 膜结合膜结合 C552 组成组成b-c1复合物复合物（2） Cty c C 可溶性可溶性 C550 作用：作用：传递电子、转移传递电子、转移 H405 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶（复合体（复合体IV）-末端氧化酶末端氧化酶含两个含两个Cu2+中心及中心及Cty a、 Cty a3 作作用用：传传递递电电子子与与质质子子，将将Ctyc中中电电子子传传给给分分子子氧氧，激激活活的的氧氧结结合基质中的氢反应生成水，将两个

23、合基质中的氢反应生成水，将两个H+转移到膜间空间转移到膜间空间抑制剂：抑制剂：CO、CN-、N3-416. 呼吸抑制剂呼吸抑制剂鱼藤酮鱼藤酮NADH还原泛醌还原泛醌抗霉素抗霉素Ab-c电子传递电子传递CN、COaa3活性活性42二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化与与呼呼吸吸链链上上的的电电子子传传递递相相偶偶联联，通通过过NADH、FADH2的的氧氧化化过过程程形形成成ATP的的过过程程氧氧化化磷磷酸酸化化（两两个个过过程程相相互偶联）互偶联）4344ATPaseATP的合成过程的合成过程45FADH2 2ATP P/O=2 H2O1/2 O2NADH+ H+ 3 ATP P/O=3 H2O1/2

24、 O24647C6H12O6 + 6H2O+38ADP +38Pi +6O2 6CO2 + 12 H2O + 38 ATP + 热热 EMP+TCAC6H12O6+ 6H2O6CO210NAD + 2 FAD10NADH+ 10H+ 2 FADH24ADP+4Pi4ATP EMP： 2NADH、2ATP、丙酮酸丙酮酸+ +TCA：8NADH 、2FADH2、2ATP能量总利用率：能量总利用率：1159 kJ/ 2870kJ = 42%48 G- 6-P 12NADP+ 6H2O 6 CO2 Pi + 12NADPH12H+磷酸戊糖途径：磷酸戊糖途径： 12336ATP 减去吸收的减去吸收的1分

25、子分子ATP 净得净得35ATP。C6H12O6 + 6H2O+35ADP +35Pi +6O2 6CO2 + 12 H2O + 35 ATP49三、呼吸电子传递支路三、呼吸电子传递支路抗氰呼吸抗氰呼吸天南星科植物佛焰花序天南星科植物佛焰花序特点：氰化物（特点：氰化物（KCN）不能抑制呼吸不能抑制呼吸NADH UQ ctyb ctyc ctyaa3 O2鱼藤酮鱼藤酮抗霉素抗霉素AKCN交替氧化酶交替氧化酶交替途径：交替途径：鱼藤酮抑制呼吸电子传递鱼藤酮抑制呼吸电子传递抗霉素抗霉素A、KCN不能抑制呼吸电子传递不能抑制呼吸电子传递末端氧化酶末端氧化酶P/O=150特点：特点： 1）交替氧化

26、酶与氧气亲和力低，电子传递速率低）交替氧化酶与氧气亲和力低，电子传递速率低 2）形成）形成ATP少，大部分能量以热能形式消失少，大部分能量以热能形式消失热呼吸热呼吸提高花序温度：促进气体挥发、有利于传粉；提高花序温度：促进气体挥发、有利于传粉；有利于花序发育、种子萌发。有利于花序发育、种子萌发。 3）当当植植物物糖糖含含量量高高、EMP-TCA迅迅速速进进行行，交交替替氧化酶活性上升。氧化酶活性上升。主路电子饱和，支路起电子溢流、能量溢流作用。主路电子饱和，支路起电子溢流、能量溢流作用。抗氰呼吸抗氰呼吸51四、末端氧化酶四、末端氧化酶：定定义义：在在生生物物氧氧化化中中催催化化底底物物

27、脱脱下下来来的的H或或者者e与与分子氧结合，将分子氧进行还原的酶。分子氧结合，将分子氧进行还原的酶。1. 存在于线粒体内：交替氧化酶、细胞色素氧化酶存在于线粒体内：交替氧化酶、细胞色素氧化酶2. 存在于线粒体外：（自学）存在于线粒体外：（自学）（1）多酚氧化酶）多酚氧化酶（2）抗坏血酸氧化酶）抗坏血酸氧化酶（3）过氧化物酶）过氧化物酶（4）过氧化氢酶）过氧化氢酶（5）超氧化物歧化酶）超氧化物歧化酶52第三节第三节呼吸作用的测定方法及指标呼吸作用的测定方法及指标1. 呼吸速率的测定：呼吸速率的测定：C6H12O6 6O2 6CO26H2OG一、主要方法一、主要方法（一）测氧的吸收（

28、一）测氧的吸收 1减减压压法法：密密闭闭系系统统中中用用碱碱液液将将CO2吸吸收收，则则可可测测出出O2的减少，（瓦氏呼吸计、比重呼吸计）的减少，（瓦氏呼吸计、比重呼吸计） 2氧氧电电极极法法：是是在在极极谱谱法法的的基基础础上上加加以以改改进进的的电电极极装装置置。用用电电极极可可直直接接探探测测空空气气中中和和溶溶液液中中的的氧氧含含量量。一般测定溶液中的溶解氧的变化。一般测定溶液中的溶解氧的变化。53 （二）测（二）测CO2的释放的释放 1酸碱滴定法：酸碱滴定法： CO2Ba（OH）2 BaCO3 OH用酸滴定剩余的用酸滴定剩余的OH便可算出呼吸释放的便可算出呼吸释放的CO2的量。的量。

29、 2仪器分析法：红外仪器分析法：红外CO2分析法。分析法。二、呼吸作用的指标二、呼吸作用的指标（一）呼吸速率：（呼吸强度）（一）呼吸速率：（呼吸强度）单单位位时时间间，单单位位重重量量（叶叶面面积积）所所消消耗耗的的有有机机物物、吸吸收收的的O2或或释释放放的的CO2的的量量来来表表示示。常常用用的的CO2mg / g.hr种子。种子。54（二）呼吸商（呼吸系数）（二）呼吸商（呼吸系数）RQ RQ释放释放CO2mol数数 / 吸收吸收O2mol数数有氧呼吸：有氧呼吸：碳水化合物碳水化合物 C6H12O6 6O2 6CO26H2O RQ6CO2 / 6O2 =1 无氧呼吸：无氧呼吸： C6

30、H12O6 2C2H5OH2 CO2， RQ无限大。无限大。与呼吸类型有关与呼吸类型有关55与底物类型有关与底物类型有关草酸：草酸： 2C2O4 H2O2 4CO22H2O RQ4MCO2 / 1MO2= 4 1脂肪酸：脂肪酸：C18H36O2 26O2 18 CO218 H2O RQ18 / 26 0.69 156第四节第四节影响呼吸作用的因子影响呼吸作用的因子一、植物内部因子的影响一、植物内部因子的影响因不同种类、年龄、器官、组织的生理状况不同而不同因不同种类、年龄、器官、组织的生理状况不同而不同二、环境因子的影响二、环境因子的影响（一）温度（一）温度主要是对酶活性有很大的影响主要

31、是对酶活性有很大的影响, 一般最适温度为一般最适温度为2535. 最高温度是最高温度是35 45温温度度的的影影响响受受时时间间的的限限制制:温温度度超超过过30时时，酶酶开开始变性，对呼吸不利。始变性，对呼吸不利。温温度度超超过过30时时，呼呼吸吸大大于于光光合合，消消耗耗大大于于积积累累，不利于植物的生长。不利于植物的生长。57最低温度：最低温度：因地区不同而不同：热带：因地区不同而不同：热带：0；寒带：；寒带：25。因植物发育的时期，含水量不同。因植物发育的时期，含水量不同。（二）氧气（二）氧气 O2 浓浓度度敏敏感感-三三羧羧酸酸循循环环的的运运转转，电电子子传传递递链链的进行与氧有

32、关。的进行与氧有关。根系可在根系可在5氧浓度下正常呼吸。低于氧浓度下正常呼吸。低于5则降低。则降低。（三）（三）CO2呼吸的产物，必然有影响。呼吸的产物，必然有影响。高浓度的高浓度的CO2抑制呼吸作用的正常进行。抑制呼吸作用的正常进行。 -果实贮藏果实贮藏58（四）水分（四）水分在在一一定定限限度度内内，呼呼吸吸速速率率随随组组织织的的含含水水量量的的增增加加而而增加。增加。种子中尤为明显：种子中尤为明显：超超过过安安全全含含水水量量，种种子子呼呼吸吸便便增增加加，消消耗耗有有机机物，降低品质，影响萌发力。物，降低品质，影响萌发力。（五）机械损伤（五）机械损伤氧化酶与底物接触；细胞转变为分生组织。氧化酶与底物接触；细胞转变为分生组织。59

展开阅读全文

植物生理学呼吸作用

最新文档