农学专业课考研-植物生化之一-生物氧化.doc

腺苷三磷酸的活化形式：MgATP2-。
能荷：(ATP+1/2ADP)/(ATP+ADP+AMP)。即ATP-ADP-AMP系统中可利用的高能磷酸键的度量。低能荷促ATP合成，高能荷抑制ATP合成。细胞中腺苷酸库是恒定的，若全部腺苷酸都呈ATP状态，则该细胞充满能量；若全部ATP和ADP水解为AMP，则细胞的能量完全被放出。
高能化合物：
高能磷酸化合物：ATP、ADP、1,3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸；氮磷键型（磷酸肌酸）；
硫酯键型：酰基COA、S-腺苷甲硫氨酸(SAM)。
生物氧化：细胞内有机物氧化分解成CO2\水\ATP。
生物氧化的条件：正常体温、生理pH、水、酶。
生物氧化的特点：系列连续反应，逐步氧化放能，能量储存在ATP中。
生物氧化的过程：生物大分子——乙酰CoA——（TCA循环）——（线粒体电子传递）。
氧化磷酸化：伴随生物氧化，F0F1-ATP合酶利用线粒体电子传递释放的能量，将ADP和Pi合成ATP。
底物磷酸化：利用底物生成的高能化合物中的能量合成ATP。
燃烧和生物氧化的区别：
燃烧在高温条件下进行，过程快速而剧烈；以热和光的形式将能量释放出来；
生物氧化在细胞内正常体温、生理pH、有水环境和酶的催化下，经系列连续的化学反应逐步释放能量；释放的能量储存在ATP中。
氧化磷酸化的作用：
主要能量来源；
中间产物用于蛋白质\脂肪\维生素\激素合成；
糖\蛋白质\脂类\核酸的共同代谢途径；
提高抗病性(分解病原菌毒素)。
真核细胞糖酵解产生的NADH进入线粒体的磷酸甘油穿梭途径：
NADH在3-磷酸甘油脱氢酶催化下将电子转移给3-磷酸甘油；
3-磷酸甘油跨线粒体内膜；
3-磷酸甘油在3-磷酸甘油脱氢酶催化下将电子转移给FADH2。
线粒体电子传递链：从NADH、FADH2开始、按标准氧化还原电势，由低到高、系列电子传递体，线粒体内膜上。
线粒体电子传递链的电子入口：NADH（苹果酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸产物）、FADH2（琥珀酸产物）。
线粒体电子传递链的电子传递体：酶复合体（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）。
酶复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的作用：质子泵，传递电子的过程中产生质子梯度。
酶复合体Ⅰ：NADH脱氢酶。
酶复合体Ⅲ：细胞色素bc1复合体。
酶复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶；
酶复合体Ⅱ：琥珀酸脱氢酶。
CoQ（Q）：非蛋白质，活动性强。
Cyt c：膜外周蛋白，单亚基。
末端氧化酶Cyt aa3：最终电子受体O2。
氧化磷酸化与电子传递的关系：电子传递是氧化磷酸化所必需的，氧化磷酸化影响电子传递。
用电子传递的氧消耗曲线和氧化磷酸化的ATP合成曲线证明电子传递与氧化磷酸化的关系：
① 电子传递需要底物（琥珀酸/苹果酸）：
无电子传递底物，有氧化磷酸化底物——无电子传递；
有电子传递底物，无氧化磷酸化底物——有电子传递。
②电子传递受氧化磷酸化影响：
有电子传递底物，有氧化磷酸化底物，有氧化磷酸化抑制剂——电子传递减弱。
③氧化磷酸化既需要底物又需要电子传递：
无氧化磷酸化底物，有电子传递底物——无氧化磷酸化；
有氧化磷酸化底物，无电子传递底物——无氧化磷酸化；
有氧化磷酸化底物，有电子传递底物——有氧化磷酸化。
有氧化磷酸化底物，有电子传递底物，有电子传递抑制剂——无氧化磷酸化。
氧化磷酸化与电子传递相偶联的解说：
化学渗透学说（电子传递释放能量，储存在质子梯度中，用于氧化磷酸化）。
质子梯度形成过程：电子传递过程中，酶复合体ⅠⅢⅣ将线粒体基质侧底物上的质子泵入膜内空间。
化学渗透学说的实验证据：
①线粒体内膜对质子不通透；
②完整线粒体才能“通过电子传递产生质子梯度，用于氧化磷酸化”：
经鉴定的完整线粒体、电子传递底物、氧化磷酸化底物——有氧化磷酸化；
超声波破坏的线粒体碎片、电子传递底物、氧化磷酸化底物——无氧化磷酸化；
③存在底物时，有无氧化磷酸化取决于有无质子梯度：
有氧化磷酸化底物，有电子传递底物——有氧化磷酸化。
有氧化磷酸化底物，有电子传递底物，有解偶联剂(无质子梯度)——无氧化磷酸化；
有氧化磷酸化底物，无电子传递底物，有人为质子梯度——有氧化磷酸化；
F0F1-ATP合酶的构象转化原理：
F0是质子通道，F1由αβαβαβ和γ组成。
质子通过F0时，γ旋转，β紧张（形成β- ADP-Pi）、松弛（形成β-ATP）、开放（释放ATP,耗能）。
合酶：连接（能量来自质子流）、裂解。
F1-ATP合酶（F0F1-ATP合酶的水溶性部分）：不能合成ATP，只能水解ATP。
合成酶：连接（能量来自ATP）。
解偶联剂（DNP）：
通过破坏跨线粒体内膜的质子梯度，将线粒体氧化磷酸化和电子传递两个过程分开，使电子传递可以进行（氧不断被消耗），但氧化磷酸化不能进行。
DNP（2,4-二硝基苯酚）：
是一种疏水性物质，可以在膜中自由移动；又是一种弱酸，可以解离出质子。DNP通过在线粒体内膜上的自由移动，将线粒体电子传递过程中泵出的质子再带回线粒体内，严重破坏跨线粒体内膜的质子梯度，从而切断氧化磷酸化和成ATP的驱动力。但由于DNP不影响电子传递链本身的功能，因此DNP存在时线粒体电子传递可以照常进行。
生物体内解偶联蛋白的作用：使新生动物和冬眠动物能自发产生热量、保持体温。
线粒体电子传递抑制剂的作用实质：
通过抑制电子传递酶复合体的活性，使来自高还原力（NADH或FADH2）的电子无法传递给最终的电子受体O2。
专一性线粒体电子传递抑制剂种类：
鱼藤酮\安密妥（抑制NADH-Q还原酶活性，NADH不能传电子给CoQ）；
抗霉素A（抑制QH2传电子给Cyt c1）；
氰化物\叠氮化物\CO（抑制Cyt c传电子给O2）。
氧化磷酸化抑制剂（寡霉素）的作用实质：
通过作用于F0F1-ATP合酶抑制氧化磷酸化，间接而非直接地抑制电子传递，解偶联剂可解除寡霉素对电子传递的抑制。
氧化还原电势法测呼吸链电子传递体的排列顺序：
测不同传递体的氧化还原电势E、从低到高排列。
差异光谱法测呼吸链电子传递体的排列顺序：
原理：每种电子传递体有自己的特征吸收峰；同种电子传递体的还原态和氧化态的特征吸收峰有差异。
步骤：提供线粒体内膜、电子传递底物，使电子传递体处于还原态；加入电子最终受体O2，测光谱变化；确定传递体变成氧化态的先后顺序，先变氧化态的靠近O2，后变的远离O2。
专一性电子传递抑制剂法测呼吸链电子传递体的排列顺序：
原理：被抑制组分前面的传递体处还原态，后面的传递体处氧化态。
步骤：加入完整线粒体、O2、电子传递底物、抗霉素A，测氧化还原电势，Cyt a1/a3处氧化态， Cyt c处还原态，说明Cyt c在Cyt a1/a3上游。
细胞色素途径：氢传递体和电子传递体交替分布。
抗氰呼吸：不受CN-抑制，没有氢传递体,是一种交替途径。
抗氰呼吸的意义：
释放大量热协助物质挥发，引诱昆虫，有助于授粉；
增加抗逆性；
出现在呼吸跃变中，促果实成熟；
糖含量高时,帮助细胞色素途径分流电子。
证明植物体中存在抗氰呼吸的方法：
①加入细胞色素电子传递途经的抑制剂如KCN，仍能检测到植物的呼吸速率。
②测定交替氧化酶活性。
末端氧化酶：
细胞色素氧化酶(主)、抗氰氧化酶、抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶(增强抗病性)、乙醇酸氧化酶、黄素氧化酶(增强抗寒性)。
植物呼吸代谢的调控机制：
① 巴斯德效应（糖酵解产物丙酮酸进入TCA循环产生的ATP和柠檬酸反过来抑制糖酵解的关键酶）；
② 丙酮酸有氧分解及TCA循环中多种酶的反馈调节；
③ NADPH/NADP+的比例调节磷酸戊糖途径中6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶活性；
④ 低能荷促ATP合成，高能荷抑制ATP合成。
⑤ 植物缺P，氧化磷酸化受抑制，电子传递链进入交替途径；感病、受旱、衰老、ETH\水杨酸诱导时交替途径明显加强。
红外线CO2气体分析仪法测植物器官释放CO2速率：
通过测定流经样品前后气流中CO2浓度差，计算样品CO2释放量。
氧电极法测叶碎片\细胞\]线粒体耗氧速率：
溶液中的氧透过薄膜进入电极，在铂阴极上还原，同时在极间产生扩散电流，电流强弱与溶解氧浓度成正比。
微量呼吸检压法测细胞\线粒体耗氧速率：
在一密闭的定温定体积的系统中进行样品气体变化的测定。当气体被吸收时，反应瓶中气体分子减少，压力降低；反之，产生气体时，压力上升，通过测压计的测定后计算出产生的CO2或吸收O2的量。
广口瓶（小篮子）法测种子呼吸速率：
在密闭容器中植物材料呼吸放出的CO2被容器中的碱性溶液吸收，而后用标准的草酸溶液滴定剩余碱液，可计算出呼吸过程中CO2释放量。
光下测定植物叶片呼吸速率的注意事项：应用黑布遮光，在消除光合作用影响的条件下测定叶片的呼吸作用。
测抗坏血酸氧化酶和多酚氧化酶活性时，需用预冷磷酸缓冲液提取酶液，原因是：预冷的磷酸缓冲液可形成良好的缓冲环境，并防止研磨时释放的热量引起酶活性的降低
计算多酚氧化酶活性时要减去抗坏血酸氧化酶活性，原因是：
在O2存在下，多酚氧化酶可将多酚氧化为醌，抗坏血酸氧化酶又能进一步使醌夺取抗坏血酸上的质子还原为多酚。抗坏血酸的消耗量是多酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶共同作用的结果。
昼夜温差大有利于作物积累干物质，原因是：
呼吸作用受温度影响，植物有生长的最适温度，但植物始终保持在生长的最适温度下，植物体持续高呼吸速率会过多消耗底物。在生长季节，白天气温较高，利于作物进行光合作用多合成同化物，但在夜间气温较低时，可适当降低呼吸速率，以减少有机物的消耗。因此，昼夜温差大有利于作物积累干物质。
温室或大棚生产中的注意事项：
温室和大棚生产主要是为了提高温度，促进植物生长。应注意适当通风，调节昼夜温度，夜间适当降温，可避免过高温度造成有机物的消耗。
粮油种子贮藏过程中的注意事项：
粮油种子贮藏过程中，很多因素如温度、水分、氧气等都直接和间接地与种子呼吸代谢有关，从而影响种子的贮藏寿命和发芽力。
在种子贮藏中通常主要是通过降低种子含水量来抑制呼吸作用，减少种子内贮藏物质的消耗，以延长种子的寿命或贮藏时间。如果种子含水量较高，温度又偏高，由于呼吸增强产生较多的水和热，使贮藏条件恶化，可造成种子霉烂变质。种子贮藏时，首先要把含水量降低到安全含水量以下，不同类型的种子其贮藏时要求的安全含水量有所不同。
在种子贮藏过程中，在降低种子含水量的同时，配以低温、干燥、通风，可延长种子的贮藏时间。
果实和蔬菜贮藏的注意事项：
果蔬采后应尽量降低其呼吸作用。果蔬采后随着呼吸作用的进行干物质不断消耗，因此，使果蔬采后尽可能保持低的、又能维持正常的呼吸过程，是新鲜果蔬贮藏、运输的基本原则。
①降低温度：利用低温抑制呼吸进行，冷藏是果蔬贮藏的基本方法。不同种类的果蔬对贮藏温度的要求不同；
②控制湿度：要保持较高的湿度，避免果蔬萎蔫或皱缩；
③调节氧气浓度：在适宜的低温和湿度条件下，使贮藏环境保持适当低O2和高CO2浓度的方法，或充氮气，抑制ETH的产生，可以明显抑制果实呼吸作用和病菌的活动，抑制果实的呼吸跃变。呼吸跃变的出现标志着果实的完熟，并进入衰老。因此，延缓果蔬呼吸跃变的出现，即可延长果树的贮藏时间。
油料种子应浅播，原因是：
油料种子中含脂肪多，萌发时，耗氧多，呼吸商小，种子如果播种过深会影响正常的有氧呼吸，对物质转化和器官的形成都不利，特别是根的生长和分化会受到明显的抑制。
植物受涝害的原因：淹水导致缺氧，抑制有氧呼吸，植物只能通过无氧呼吸来维持生命活动。无氧呼吸产能少，为了提供维持生命活动所需的基本能量，无氧呼吸的速率明显加快，导致有机物质大量消耗和乙醇积累，使植物根系受害甚至死亡，吸水能力明显减弱，地上部分表现出生理干旱，光合降低甚至停止，有机物的分解大于合成，生长受阻，产量下降。严重时会导致作物死亡。
夏季淹水比冬季淹水危害更大，原因是：夏天由于温度高，遭水淹时呼吸速率增加更快，有机物的消耗更多，乙醇积累量更大，因而夏天淹水比冬天淹水受害更严重。
用植物呼吸作用的相关知识解决农业生产上的问题：