语文4植物呼吸作用.pptx
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1、第四章 植物的呼吸作用Chapter 4 Respiration 本章的主要内容本章的主要内容1 1呼吸作用的概念和生理意义呼吸作用的概念和生理意义2 2呼吸代谢的途径呼吸代谢的途径3 3 电子传递与氧化磷酸化电子传递与氧化磷酸化4 4 呼吸过程中能量的贮存和利用呼吸过程中能量的贮存和利用5 5 呼吸作用的调节和控制呼吸作用的调节和控制6 6 呼吸作用的指标及影响因素呼吸作用的指标及影响因素7 7 呼吸作用与农业生产呼吸作用与农业生产第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用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、生理意义呼吸作用的概念、生理意义一、呼吸作用的概念
2、一、呼吸作用的概念 呼吸作用(呼吸作用(respiration)包括有氧呼吸)包括有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。和无氧呼吸两大类型。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用1.有氧呼吸(有氧呼吸(aerobic respiration)指生活细胞在氧气的参与下,把某些指生活细胞在氧气的参与下,把某些有机物质彻底氧化分解,放出二氧化有机物质彻底氧化分解,放出二氧化碳并形成水,同时释放能量的过程。碳并形成水,同时释放能量的过程。C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能量能量 G=-2870KJ/mol第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作
3、用植物的呼吸作用植物的呼吸作用 因因为为氧氧在在呼呼吸吸过过程程中中不不直直接接与与葡葡萄萄糖糖作作用用,而而与与中中间间产产物物氢氢离离子子结结合合,还还原原成成水水,呼呼吸吸作作用用方程式应改写为:方程式应改写为:C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量 G=-2870KJ/mol 有氧呼吸有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式。是高等植物进行呼吸的主要形式。事实上,通常所提的呼吸作用就是指有氧呼吸。事实上,通常所提的呼吸作用就是指有氧呼吸。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用2.无氧呼吸(无氧呼吸(anaerobic r
4、espirationanaerobic respiration)一一般般指指在在无无氧氧条条件件下下,细细胞胞把把某某些些有有机机物物分分解解成成为为不不彻彻底底的的氧氧化化产产物物,同同时释放能量的过程。时释放能量的过程。这这个个过过程程用用于于高高等等植植物物,习习惯惯上上称称为为无无氧氧呼呼吸吸,如如应应用用于于微微生生物物,则则惯惯称称为发酵(为发酵(fermentationfermentation)。)。C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量能量 G=-226KJ/mol第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用除了酒精以外,高等植物的
5、无氧呼吸也可以产除了酒精以外,高等植物的无氧呼吸也可以产生乳酸,反应如下:生乳酸,反应如下:C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+能量能量 G=-197KJ/mol第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用二、二、呼吸作用的生理意义呼吸作用的生理意义(1)提供植物需要的能量)提供植物需要的能量 呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部分能量分能量。呼吸作用释放能量的速度较慢,呼吸作用释放能量的速度较慢,而且逐步释放,适用于细胞利用。而且逐步释放,适用于细胞利用。(2)为其他化合物合成提供原料)为其他化合物合成提供原料
6、呼吸过程产生一系列的中间产物,这些中呼吸过程产生一系列的中间产物,这些中间产物很不稳定,成为进一步合成植物体内间产物很不稳定,成为进一步合成植物体内各种重要化合物的原料,也就是在植物体内各种重要化合物的原料,也就是在植物体内有机物转变方面起着枢纽的作用。有机物转变方面起着枢纽的作用。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用 第二节第二节 呼吸代谢途径呼吸代谢途径呼吸作用糖的分解代谢途径有呼吸作用糖的分解代谢途径有3种:种:EMP、PPP和和TCA呼吸作用的场所呼吸作用的场所1)糖酵解和戊糖磷酸途径的酶都存在于细胞质)糖酵解和戊糖磷酸途径的酶都存在于细胞
7、质的可溶部分,因此,这两条途径是在细胞质的的可溶部分,因此,这两条途径是在细胞质的可溶部分进行的;可溶部分进行的;2)三羧酸循环和生物氧化过程是在线粒体中进)三羧酸循环和生物氧化过程是在线粒体中进行的;行的;线粒体被喻为植物细胞的发电厂。线粒体被喻为植物细胞的发电厂。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用一、糖酵解一、糖酵解 淀淀粉粉、葡葡萄萄糖糖或或其其他他六六碳碳糖糖在在无无氧氧状状态态下分解成丙酮酸的过程,通称为糖酵解。下分解成丙酮酸的过程,通称为糖酵解。糖糖 酵酵 解解 亦亦 称称 为为 EMP途途 径径(EMP pathway),以以纪纪念
8、念对对这这方方面面工工作作贡贡献献 较较 大大 的的 三三 位位 生生 物物 化化 学学 家家:Embden,Meyerhof 和和Parnas(EMP)。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用 糖酵解分解底物,形成糖酵解分解底物,形成2分子丙分子丙酮酸,并还原酮酸,并还原NAD+为为NADH。(1)缺氧时)缺氧时:NADH还原乙醛成乙还原乙醛成乙醇,或还原丙酮酸成乳酸;醇,或还原丙酮酸成乳酸;(2)有氧时)有氧时:进入:进入TCA循环,彻底循环,彻底氧化底物为水和二氧化碳。氧化底物为水和二氧化碳。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作
9、用植物的呼吸作用植物的呼吸作用 无氧呼吸放出二氧化碳,说无氧呼吸放出二氧化碳,说明底物被氧化,但氧的来源是组明底物被氧化,但氧的来源是组织内部的含氧物质(水分子和糖织内部的含氧物质(水分子和糖分子),因此,也称分子),因此,也称分子内呼吸。分子内呼吸。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用二、发酵作用二、发酵作用酒精发酵酒精发酵(alcoholic fermenttation)(alcoholic fermenttation)主要主要在酵母菌的作用下进行,可是高等植物在氧在酵母菌的作用下进行,可是高等植物在氧气不足的条件下,也会进行酒精发酵。气不足的
10、条件下,也会进行酒精发酵。在缺少丙酮酸脱羧酶而含有乳酸脱氢酶的组在缺少丙酮酸脱羧酶而含有乳酸脱氢酶的组织里,丙酮酸会被织里,丙酮酸会被NADHNADH还原为乳酸。还原为乳酸。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用三、三羧酸循环三、三羧酸循环 糖酵解进行到丙酮酸后,在有氧的条件糖酵解进行到丙酮酸后,在有氧的条件下通过一个包括三羧酸和下通过一个包括三羧酸和 二羧酸的循环二羧酸的循环而逐步氧化分解,直到形成水和二氧化而逐步氧化分解,直到形成水和二氧化碳为止,故称这个过程为三羧酸循环碳为止,故称这个过程为三羧酸循环(tricarboxylieacid cyc
11、le,简写为简写为TCA环环)。这个循环是英国生物化学家这个循环是英国生物化学家H.Krebs首先发现的,所以又名首先发现的,所以又名Krebs环环。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用(一)线粒体的结构和功能(一)线粒体的结构和功能(1)植物细胞中普遍存在;)植物细胞中普遍存在;(2)化学组成)化学组成蛋白质蛋白质 脂类和磷脂脂类和磷脂 RNA和和DNA6570%2530%0.5%(3)大小:直径)大小:直径0.51.0um 长约长约12um(4)5002000个线粒体个线粒体/细胞细胞第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的
12、呼吸作用植物的呼吸作用(二)丙酮酸的氧化脱羧(二)丙酮酸的氧化脱羧(三)三羧酸循环的化学历程(三)三羧酸循环的化学历程第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用三三羧羧酸酸循循环环三羧酸循环的要点:三羧酸循环的要点:(1)羧酸循环中一系列的脱羧反应是呼)羧酸循环中一系列的脱羧反应是呼 吸作用释放产生二氧化碳的来源;吸作用释放产生二氧化碳的来源;(2)在在三三羧羧酸酸循循环环中中有有5次次脱脱氢氢过过程程,氢氢 经经 过过 一一 系系 列列 呼呼 吸吸 传传 递递 体体 的的 传传 递递,释释 放放 出出 能能 量量,最最 后后 与与 氧氧 结结 合合 成
13、成 水水。因因 此,氢的氧化过程实际是放能过程。此,氢的氧化过程实际是放能过程。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用(3)三三 羧羧 酸酸 循循 环环 是是 糖糖、脂脂 肪肪、蛋蛋 白白 貭貭 和和 核核 酸酸 及及 其其 他他 物物 质质 的的 共共 同同 代代 谢谢 过过 程程。这这 些些 物物 质质 可可 以以 通通 过过 三三 羧羧 酸酸 循循 环环 发发 生生 代代 谢谢 上上 的联系。的联系。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用(四)三羧酸循环的生理意义(四)三羧酸循环的生理意义(1)三羧酸
14、循环是提供生命活动所需能)三羧酸循环是提供生命活动所需能量的主要来源;量的主要来源;(2)三羧酸循环是物质代谢的枢纽。)三羧酸循环是物质代谢的枢纽。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径 在高等植物中,还发现在高等植物中,还发现 可以不经过无氧可以不经过无氧呼吸生成丙酮酸进行有氧呼吸的途径,呼吸生成丙酮酸进行有氧呼吸的途径,就是戊糖磷酸途径就是戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway,PPP),又称),又称已糖磷酸途径(已糖磷酸途径(hexose monophosphate pathway,HM
15、P)。)。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用(一)磷酸戊糖途径的化学历程(一)磷酸戊糖途径的化学历程(1)氧化阶段)氧化阶段(2)非氧化阶段)非氧化阶段第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用(二)磷酸戊糖途径的生理意义(二)磷酸戊糖途径的生理意义1)产产生生大大量量的的NADPH,作作为为主主要要代代氢氢体体,为为各各种种合合成成反反应应提提供供的的还还原原力力,例例如如脂脂肪肪酸酸固固醇醇等等的的合合成成,硝硝酸酸盐盐、亚亚硝硝酸酸盐盐的的还还原原,氨氨的的同同化等;化等;第四章第四章第四章第四章 植
16、物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用2)它它的的中中间间产产物物为为许许多多化化合合物物的的合合成成提提供供原原料料,如如Ru5P和和R5P是是合合成成核核酸酸的的原原料料,赤赤藓藓糖糖4磷磷酸酸和和3磷磷酸酸甘油酸可以合成莽草酸等。甘油酸可以合成莽草酸等。3)该该途途径径己己糖糖重重组组阶阶段段的的一一系系列列中中间间产产物物及及酶酶,与与光光合合作作用用中中卡卡尔尔文文循循环环的的大大多多数数中中间间产产物物和和酶酶相相同同,所所以以磷磷酸酸戊戊糖糖途径可与光合作用联系起来。途径可与光合作用联系起来。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物
17、的呼吸作用(三三)磷酸戊糖途径的调控磷酸戊糖途径的调控磷酸戊糖途径被由磷酸戊糖途径被由6-磷酸葡萄糖脱氢磷酸葡萄糖脱氢酶催化的起始反应控制,此酶的活性酶催化的起始反应控制,此酶的活性显著地被高的显著地被高的NADPH/NADP+比比率抑制。率抑制。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用第三节第三节 电子传递与氧化磷酸化电子传递与氧化磷酸化 生物氧化(生物氧化(biological oxidation)指有机物质在生物体内进行氧化分解,指有机物质在生物体内进行氧化分解,包括消耗氧,生成二氧化碳、水和放出能量包括消耗氧,生成二氧化碳、水和放出能量的过程。
18、的过程。生物氧化是在活细胞内、正常体温和生物氧化是在活细胞内、正常体温和有水的环境下,在一系列酶、辅酶和中间传有水的环境下,在一系列酶、辅酶和中间传递体的共同作用下逐步完成的。递体的共同作用下逐步完成的。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用一、电子传递链一、电子传递链一、电子传递链一、电子传递链电子传递链(电子传递链(电子传递链(电子传递链(electron transport chainelectron transport chain)亦称呼吸链(亦称呼吸链(亦称呼吸链(亦称呼吸链(respiratory chainrespiratory cha
19、in)就就就就是是是是呼呼呼呼吸吸吸吸代代代代谢谢谢谢中中中中间间间间产产产产物物物物的的的的电电电电子子子子和和和和质质质质子子子子,沿沿沿沿着着着着一一一一系系系系列列列列有有有有顺顺顺顺序序序序的的的的电电电电子子子子传传传传递递递递体体体体组组组组成成成成的的的的电电电电子子子子传传传传递递递递途途途途径径径径,传递到分子氧的总过程。传递到分子氧的总过程。传递到分子氧的总过程。传递到分子氧的总过程。组成呼吸链的传递体可分为组成呼吸链的传递体可分为组成呼吸链的传递体可分为组成呼吸链的传递体可分为氢传递体氢传递体氢传递体氢传递体和和和和电子传递体电子传递体电子传递体电子传递体。第四章第四章
20、第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用氢传递体氢传递体 传传 递递 氢氢(包包 括括 质质 子子 和和 电电 子子,以以2H+2e-表表示示),它它们们是是作作为为脱脱氢氢酶酶的的辅辅助助因子,有下列几种:因子,有下列几种:(1)NAD(即辅酶(即辅酶)(2)NADP(即辅酶(即辅酶)(3)黄素单核苷酸(黄素单核苷酸(FMN)(4)黄素腺嘌呤二核苷酸(黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)它们都能进行氧化还原。它们都能进行氧化还原。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用电子传递体电子传递体 是指细胞色素体系和铁硫蛋白是指细胞色素
21、体系和铁硫蛋白(Fe-S),它们),它们只传递电子只传递电子。细胞色素是一类以铁卟啉为辅基细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的结合蛋白质,根据吸收光谱的不同分的结合蛋白质,根据吸收光谱的不同分为为a、b和和c三类,每类又再分为若干种。三类,每类又再分为若干种。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用高高高高等等等等植植植植物物物物中中中中呼呼呼呼吸吸吸吸链链链链电电电电子子子子传传传传递递递递具具具具有有有有多多多多种种种种途途途途径径径径,这这这这是是是是植植植植物物物物在在在在长期进化过程中形成的对多变环境的一种适应性。长期进化过程中形成的对多变环境的一
22、种适应性。长期进化过程中形成的对多变环境的一种适应性。长期进化过程中形成的对多变环境的一种适应性。(一)细胞色素系统途径(一)细胞色素系统途径(一)细胞色素系统途径(一)细胞色素系统途径细胞色素途径细胞色素途径细胞色素途径细胞色素途径是电子传递主路是电子传递主路是电子传递主路是电子传递主路植植植植物物物物线线线线粒粒粒粒体体体体的的的的电电电电子子子子传传传传递递递递链链链链位位位位于于于于线线线线粒粒粒粒体体体体的的的的内内内内膜膜膜膜上上上上,由由由由4 4种种种种蛋蛋蛋蛋 白白白白 复复复复 合合合合 体体体体(protein protein complexcomplex)和和和和 AT
23、PATP合合合合 酶酶酶酶(ATP synthaseATP synthase)组成。)组成。)组成。)组成。(复合体(复合体(复合体(复合体I I、IIII、IIIIII、IVIV和和和和ATPATP合酶)合酶)合酶)合酶)第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用1.复合体复合体组成组成 功能功能NADH脱氢酶脱氢酶FMN几个几个Fe-S蛋白蛋白NADH将电子传到泛醌,将电子传到泛醌,同时使同时使H+跨膜。跨膜。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用泛醌(泛醌(ubiquinone,UQ或或Q)一种较小的脂溶
24、性电子和氢载体,一种较小的脂溶性电子和氢载体,位于线粒体内膜,它不与任何蛋白质紧位于线粒体内膜,它不与任何蛋白质紧密结合,可以在双层膜构成的疏水中心密结合,可以在双层膜构成的疏水中心移动。移动。在复合体在复合体I和复合体和复合体III之间传递之间传递电子。电子。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用2.复合体复合体组成组成 功能功能琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFe-S蛋白。蛋白。把把FADH2的电子传给的电子传给UQ,无,无H+的跨膜运输。的跨膜运输。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用3.复合体复合体
25、组成组成 功能功能 Cytb560Cytb565Cytc1Fe-S把还原泛醌(把还原泛醌(UQH2)的电子经)的电子经Fe-S、Cytb传到传到Cytc,将,将H+跨跨膜运出。膜运出。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用细胞色素细胞色素c(Cytochrome c)与线粒体内膜外表面非紧密结合与线粒体内膜外表面非紧密结合的小型蛋白,作为一个活动的电子载体的小型蛋白,作为一个活动的电子载体在复合体在复合体III和复合体和复合体IV之间传送电子。之间传送电子。第四章第四章第四章第四章 植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用植物的呼吸作用4.复合体复
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