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§4-1. 呼吸作用的概念和生理意义 §4-2. 呼吸代谢的生化途径 §4-3. §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.

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1 §4-1. 呼吸作用的概念和生理意义 §4-2. 呼吸代谢的生化途径 §4-3. §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

2 §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, 逐步氧化分解并释放能量的过程。 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。 1. 有氧呼吸 是指生活细胞利用 O 2 ,将某些有机物质彻底氧化 分解,形成 CO 2 和 H 2 O ,同时释放能量的过程。 是指生活细胞利用 O 2 ,将某些有机物质彻底氧化 分解,形成 CO 2 和 H 2 O ,同时释放能量的过程。

3 2. 无氧呼吸 是指生活细胞在无氧条件下,把某些有机 物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放 能量的过程。

4 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

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7 §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

8 淀粉、蔗糖 磷酸己糖 磷酸丙糖 丙酮酸 乙酰 CoA 三羧酸循环 CO 2 +H 2 O 磷酸戊糖 PPP 途径 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 正常情况下 PPP 途径占呼吸 3%~30% ,处于逆境时, PPP 上 升,油料作物结实期 PPP 上升 脂肪脂肪 β – 氧化 乳酸脱氢酶 脱羧酶 乳酸(淹酸菜、泡菜、青贮饲料) 乙醛乙醛 乙醇 洒精发酵 有氧 乙酸(醋) 乙醛酸循环 乙酸乙醇酸草酸甲酸 琥珀酸 乙醇酸循环

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10 (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 获得能量的有效途径。 2. TCA 循环中释放的 CO 2 中的氧,不是直接来 自空气中的氧,而是来自被氧化的底物和水 中的氧。 3. 在每次循环中消耗 2 分子 H 2 O 。一分子用于柠 檬酸的合成,另一分子用于延胡索酸加水生 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。

11 4.TCA 循环中并没有分子氧的直接参与,但该 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 + 和 FAD 在线粒体中再生, 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 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。

12 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 物氧化 (biological oxidation) 。 §4-3. §4-3. 电子传递与氧化磷酸化

13 一、呼吸链的概念和组成 所谓呼吸链 (respiratory chain) 即呼吸电子传递链 (electron 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 + 、 FMN 、 FAD 、 CoQ 等。它们既传递电子,也传递质子;电子传递 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 统 →O 2 。

14 NADHFMN Fe·SCoQCytb Fe·S Cytc 1 CytcCytaa 3 O2O2 Fe·S FADH 细胞色素氧 化酶 P/O=3

15 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 ADP 形成 ATP 的方式。一般有两种,即底物水平的磷酸化和氧化 磷酸化。 1. 底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 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,再通过酶促磷 酸基团转移反应直接偶联 ATP 的生成。

16  在高等植物中以这种形式形成的 ATP 只占一小 部分,糖酵解过程中有两个步骤发生底物水平 磷酸化:  (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,其磷酸基团再 转移到 ADP 上,形成 ATP 。  (2) 2- 磷酸甘油酸通过烯醇酶的作用,脱水生 成高能中间化合物 (PEP) ,经激酶催化转移磷 酸基团到 ADP 上,生成 ATP 。  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 。

17 2. 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 是指 电子从 NADH 或 FADH 2 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。 它是需氧生物合成 ATP 的主要途径。电子沿呼 吸链由低电位流向高电位是个逐步释放能量的 过程。

18 NADHFMN Fe·SCoQCytb Fe·S Cytc 1 CytcCytaa 3 O2O2 ADP+Pi ATP Fe·S FADH 细胞色素氧 化酶 P/O=3

19 图 4-11 氧化磷酸化作用机理示意图

20  末端氧化酶:能将底物所脱下的氢中的 电子最后传给 O 2 ,并形成 H 2 O 或 H 2 O 2 的 酶类。  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,可将电子传递给 O 2 ,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。 其它都属于线粒外末端氧化酶。 三、末端氧化酶类

21 末端氧化酶的多样性

22 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。 2. 光合 C 3 途径与呼吸 PPP 途径基本上正反 反应,中间产物可交替使用。 3. 光合释放 O 2 → 呼吸, 呼吸释放 CO 2 → 光合 呼吸释放 CO 2 → 光合

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24 光合作用与呼吸作用的区别 光合作用呼吸作用 原料 CO 2 、 H 2 O O 2 、淀粉、己糖等有 机物 产物 O 2 、淀粉、己糖、蔗糖等 有机物 CO 2 、 H 2 O 等 能量 转换 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 发生 部位 绿色细胞、叶绿体、细胞 质 生活细胞、线粒体、 细胞质 发生 条件 光照下才可发生光下、暗处都可发生

25 §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

26 1. 呼吸速率 (respiratory rate) μmol·g -l ·h -1 , μmol·m -2 ·s -1 , μl·g -l ·h -1 等 2. 呼吸商 (respiratory quotient , RQ) 又称呼吸系数,是指植物组织在一定时间 内,释放 CO 2 与吸收 O 2 的数量 ( 体积或物质 的量 ) 比值。 RQ= 释放的 CO 2 量 / 吸收的 O 2 量 一. 呼吸作用的指标 概念

27 呼吸底物不同, RQ 不同。 ① 葡萄糖 : R.Q=1.0 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O R.Q=6/6=1.0 ② 脂肪、蛋白质 : RQ < 1 , (棕榈酸) C 16 H 32 O O 2 → 16CO H 2 O R.Q=16/23=0.70 ③ 有机酸 : RQ > 1, (苹果酸) C 4 H 6 O 5 + 3O 2 → 4CO 2 + 3H 2 O R.Q=4/3=1.33 二. 呼吸商的影响因素

28 不同植物不同 植 物 种 类植 物 种 类呼吸速率 (O 2 ,鲜重 )/μl·g -l ·h -1 仙人掌 6.80 景天属 蚕豆 小麦 细菌 三. 呼吸速率的影响因素 1. 内部因素的影响

29 不同器官或组织不同 ① 生殖器官>营养器官 ② 生长旺盛、幼嫩器官>生长缓慢、 年老器官 年老器官 ③ 种子内,胚>胚乳

30 ①最适温度 : 25 ~ 35 ℃ 呼吸最适温度>光合最适温度 呼吸最适温度>光合最适温度 ②最低温度: 0 ℃左右 ( 冬小麦 : 0 ℃ ~ -7 ℃,松树针叶 : -25 ℃ ) ( 冬小麦 : 0 ℃ ~ -7 ℃,松树针叶 : -25 ℃ ) ③ 最高温度: 35 ~ 45 ℃ ④ 在 0—35 ℃,温度系数 (Q 10 ) 为 2.0 ~ 外界条件的影响 ( 1 )温度

31 预先将豌豆 幼苗放在 25 ℃ 下,培养 4 天, 其相对呼吸 速率为 10 , 在放到不同 温度下培养 3h, 测定相对 速率的变化

32 氧浓度过低, 无氧呼吸增强,产生酒精中 毒,消耗体内养料过多。 ( 2 )氧气 呼吸开始 下降 < 20 % 10 %~ 20 % 有氧呼吸 < 10 % 无氧呼吸出现并 逐步增强,有氧 呼吸迅速下降。 把无氧呼吸停止进行的最低氧含量 (10 % 左右 ) 称为无氧呼吸的消失点。 氧浓度过高,对植物有毒害

33 ( 3 ) CO 2 CO 2 浓度增高, 呼吸受抑, > 5 %时,明显抑制, > 5 %时,明显抑制, 土壤积累 CO 2 可达 4 %~ 10 %,

34 ( 4 )水分  干燥种子,呼吸很微弱;吸水后迅 速增加,∴ 种子含水量是制约种子呼 吸强弱的重要因素。  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

35 §4-5. 呼吸作用与农业生产 一. 一. 呼吸作用与作物栽培 一. 二. 二. 种子的安全贮藏与呼吸作用 二. 三. 三. 果实、块根、块茎的呼吸作用与贮藏 三.

36 一. 呼吸作用与作物栽培 ① 播前浸种,通过控制温度与通气提高种 子的呼吸,以便促进种子萌发。 ② 田间中耕松土和低洼地块开沟排水等均 能增加土壤透气性,有效地抑制无氧呼吸。 ③在人工气候室栽培作物,降低夜温以减 少呼吸消耗,有利于干物质积累。

37 二. 种子的安全贮藏与呼吸作用 油料种子 : < 6 %~ 8 % 淀粉种子 : < 10 %~ 12 % 呼吸极微弱,可以 安全贮藏,称为安 全含水量。 呼吸作用显著增强 9 %~ 10 % 13 %~ 15 %

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39 粮食贮藏 :  控制进仓种子的含水量,不得超过 安全含水量 安全含水量  注意库房的通风 ,增高 CO 2 含量, 降 低 O 2 含量  充 N 贮藏

40 三. 果实、块根、块茎的呼吸作用与贮藏 1. 果实 呼吸跃变 (respiratory climacteric): 当果实成 熟到一定时期,其呼吸速率突然增高,最后 又突然下降,这种现象称为呼吸跃变。 呼吸跃变 (respiratory climacteric): 当果实成 熟到一定时期,其呼吸速率突然增高,最后 又突然下降,这种现象称为呼吸跃变。 跃变型 ( 苹果、梨、香蕉、番茄等 ) 非跃变型(柑橘、柠檬、菠萝等) 两类 概念

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42 ① 温度 苹果贮藏于 22.5 ℃时,出现早而显著, 10 ℃下不十分显著,也出现稍迟, 2.5 ℃下几乎看不出来。 ② 乙烯 阀值: 0.1g/L ,促进成熟 贮藏、运 输中措施: 降低温度,香蕉的最适温度 是 11~14 ℃,苹果是 4 ℃。 增加 CO 2 和 N 2 的浓度,降低 O 2 浓度 (3-6%)

43 2. 甘薯块根和马铃薯块茎 甘薯块根:主要是控制温度和气体成分。  适当提高 [CO 2 ] ,有利于安全贮藏。  > 15 ℃,引起发芽和病害 < 9 ℃, 受寒害 < 9 ℃, 受寒害 安全贮藏温度 : 10 ~ 14 ℃ 马铃薯 : 2 ~ 3 ℃  适当提高湿度

44 淀粉、蔗糖 磷酸己糖 磷酸丙糖 丙酮酸 乙酰 CoA 三羧酸循环 CO 2 +H 2 O 磷酸戊糖 PPP 途径 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 正常情况下 PPP 途径占呼吸 3%~30% ,处于逆境时, PPP 上 升,油料作物结实期 PPP 上升 脂肪脂肪 β – 氧化 乳酸脱氢酶 脱羧酶 乳酸(淹酸菜、泡菜、青贮饲料) 乙醛乙醛 乙醇 洒精发酵 有氧 乙酸(醋) 乙醛酸循环 乙酸乙醇酸草酸甲酸 琥珀酸 乙醇酸循环


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