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第四章 植物的呼吸作用

第四章 植物的呼吸作用. 前面讲的光合作用是植物把外界物质改造为自身物质的过程，是新陈代谢的同化作用方面。 本章讨论的呼吸作 (Respiration): 是将植物体内的物质不断分解的过程，是新陈代谢的异化作用方面。. 有氧呼吸. 呼吸作用. 无氧呼吸. 第一节 呼吸作用的概念、途径与度量. 一 . 呼吸作用的概念、特点与意义 呼吸作用 : 植物体一切生活细胞经过某些代谢途径使有机物氧化分解 , 释放能量的过程。.

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第四章 植物的呼吸作用

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Presentation Transcript

  1. 第四章 植物的呼吸作用

  2. 前面讲的光合作用是植物把外界物质改造为自身物质的过程，是新陈代谢的同化作用方面。前面讲的光合作用是植物把外界物质改造为自身物质的过程，是新陈代谢的同化作用方面。 • 本章讨论的呼吸作(Respiration):是将植物体内的物质不断分解的过程，是新陈代谢的异化作用方面。

  3. 有氧呼吸 呼吸作用 无氧呼吸 第一节 呼吸作用的概念、途径与度量 一.呼吸作用的概念、特点与意义 呼吸作用:植物体一切生活细胞经过某些代谢途径使有机物氧化分解,释放能量的过程。

  4. 1、有氧呼吸:利用O2，将有机物彻底氧化成无机物,释放全部能量的过程。C6H12O6+6O2 → 6CO2+6H2O+2881.2kJ 2、无氧呼吸（发酵）:缺O2条件下,不彻底氧化分解,释放部分能量。 酒精发酵： C6H12O6 → 2C2H5OH+2CO2+100.8kJ 乳酸发酵： C6H12O6→ 2CH3CHOHCOOH+75.6kJ ？ ☆既不吸收氧气也不释放CO2的呼吸作用是存在的，如产物为乳酸的无氧呼吸。

  5. 二.呼吸作用(生物氧化)的特点: 1）相同点 体内氧化 体外氧化 （1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子 （2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能量相同。

  6. 2）不同点 体内氧化 体外氧化 （1）反应条件： 温和 剧烈 （2）反应过程： 分步反应 一步反应 能量逐步释放 能量突然释放 （3）产物生成： 间接生成 直接生成 （4）能量形式： 热能、ATP 热能、光能

  7. 三.呼吸作用的意义: 1. 呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部分能量。慢，逐步释放，ATP等形式储存 2. 呼吸作用为其它化合物合成提供原料。 3. 为脂肪、蛋白质的合成以及硝酸盐的还原提供还原型的NAD+或还原型NADP+。 4 .增强植物的抗性 健壮，中间产物

  8. 四.呼吸作用的度量 1.呼吸速率:单位时间单位重量的植物组织（或原生质毫克氮)所放出的CO2的量（QCO2)或吸收的O2气的量（Q O2）。 2.呼吸商（RQ）: 植物组织在一定时间内放出的CO2量与吸收O2气量的体积比或摩尔比。 放出的CO2(体积或摩尔) RQ= —————————— 吸收的O2(体积或摩尔)

  9. 第二节 呼吸代谢途径 一、 糖酵解 Embden Meyerhof Parnas –EMP pathway 获得诺贝尔奖 1、定义：葡萄糖经1，6-二磷酸果糖和3-磷酸甘油酸降解，生成丙酮酸并产生ATP的代谢过程，又叫EMP途径。有氧和无氧条件下都能进行。 定位：细胞质中。起始物：葡萄糖。 产物：丙酮酸

  10. ATP ATP 葡萄糖 2、生化历程 己糖激酶 己糖激酶 ADP 糖原 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖异构酶 6-磷酸果糖 ATP ATP 磷酸果糖激酶 磷酸果糖激酶 ADP 1,6-二磷酸果糖 醛缩酶 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 2NAD+ 磷酸甘油 醛脱氢酶 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 2ADP 2ATP 2ATP 3-磷酸甘油酸 变位酶 2-磷酸甘油酸 2ATP 2ATP 2ADP 烯醇化酶 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 2NADH+H+

  11. 3、总 结 1）总反应方程式： G+2NAD++2ADP+2Pi 2丙酮酸+2（NADH+H+）+2ATP+2H2O 2）只有一次脱氢 3）具有3步不可逆反应，这3步的酶是限速酶，防止糖分解的逆转。 4）对于原核生物，1分子G经糖酵解生成2丙酮酸，共净剩8ATP。

  12. 二、三羧酸循环（TCA循环）-有氧氧化的途径 1、定义：在有氧条件下，EMP途径生成的丙酮酸进入线粒体，生成乙酰COA后者被彻底氧化分解的过程。 由于形成的第一个产物为柠檬酸所以又叫柠檬酸循环、三羧酸循环、 （Tricarboxylic acid cycle）TCA循环，Krebs循环。 定位：线粒体基质

  13. +H+ 2、TCA循环的准备阶段 ：丙酮酸形成乙酰CoA EMP G 2丙酮酸（细胞质） Mg2+ 丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸 乙酰CoA （线粒体内）

  14. 乙酰CoA 柠檬酸合成酶 顺乌头酸 H2O H2O NADH+H+ H H H H NAD+ NAD+ 异柠檬酸 苹果酸 NAD+ NAD+ H2O 延胡索酸 NADH+H+ H2 FADH2 草酰琥珀酸 FAD ATP 琥珀酸 GTP 异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶 CO2 GDP α-酮戊二酸脱氢酶复合体 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 α-酮戊二 酸 NAD+ NAD+ NADH+H+ H H CO2 CO2 CoA 3 生化历程 柠檬 酸 H2O 柠檬酸合成酶 草酰乙酸 三羧酸循环 FAD ATP CO2 琥珀酰CoA

  15. NAD+:R=H NADP+: R=PO3H2 R 维生素B5体内活性形式：作为脱氢酶的辅酶，参与新陈代谢 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）又叫辅酶Ⅰ（CoⅠ） 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+ ）又叫辅酶Ⅱ　（CoⅡ） AMP 烟酰胺核苷酸

  16. 核黄素 VB2 黄素腺嘌呤二核苷酸 黄素单核苷酸 FMN 和FAD是脱氢酶的辅基。

  17. 4、总结： 1）总方程式： 乙酰COA+3NAD++FAD+ADP（GDP）+Pi+2H2O—2CO2+COA+3（NADH+H+）+FADH2+ATP（GTP） 2）三羧酸循环的反应特点： （1）需氧 （2）两次脱羧、四次脱氢（三次受体是NAD+，一次是FAD）、一次底物水平磷酸化 （3）共产生12molATP

  18. 三、磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway简称PPP） ----磷酸己糖支路hexose monophosphate pathway，简称HMP） 1、定义：G在细胞浆中逐步降解氧化的酶促过程。 定位：细胞质 特点：氧化、脱羧、非氧化重组。 起始物：G-6-P

  19. 2、生化历程： 蚕豆病 1）氧化脱羧阶段 ①：6-P葡萄糖脱氢酶；缺乏易得溶血性贫血症,又叫蚕豆病.②：6-P葡萄糖酸内酯水解酶（内酯酶） ③：6-P葡萄糖酸脱氢酶

  20. 2）非氧化重组阶段 7-P景天糖 6-P果糖 5-P木桐糖 4-P赤鲜糖 5-P核糖 3-P甘油醛 5-P木桐糖

  21. 第三节 生物氧化 一.生物氧化（biological oxidation）： 在生物体内糖类、脂肪、蛋白质等有机物质彻底氧化分解为CO2、H2O并释放能量的过程, 称为生物氧化。 实质是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应，又叫细胞氧化或细胞呼吸。

  22. 二、生物氧化的过程 脂肪 多糖 蛋白质 大分子降解成基本结构单位 葡萄糖、其它单糖 氨基酸 脂肪酸、甘油 小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等） 乙酰CoA 共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。 +Pi 磷酸化 三羧酸循环 H、e- 呼吸链 H2O

  23. 三、 电子传递链（呼吸链） -----Election transport chain (ETC) 1、概念：电子传递链又叫呼吸链，是指代谢物上脱下的氢（H＋＋e） ，经一系列递氢体和递电子体(酶或辅酶)的传递，最终传递给被激活的氧，而生成水的全部体系。

  24. 原核生物细胞 真核细胞 2、定位: 原核生物：细胞膜 真核生物：线粒体内膜上 细胞质中脱氢、产生CO2 细胞膜 产H2O 产能

  25. 线粒体的结构 呼吸链

  26. 3、呼吸链中的组成以及主要的呼吸链 复合体Ⅰ、复合体Ⅱ 、复合体Ⅲ、复合体Ⅳ、泛醌、 Cyt c FADH2呼吸链 NADH 呼吸链

  27. 四、氧化磷酸化的机理 Nobel Prize 1978 化学偶联假说: 1953 构象偶联假说：1964 化学渗透偶联学说 ： 1961年英国Peter Michell Peter Mitchell

  28. Ⅰ Ⅲ Ⅳ 化学渗透偶联学说的要点 ： 1、呼吸链中递氢体和递电子体间隔交替排列 在线粒体内膜的特定位置上，反应是定向的。

  29. 2、线粒体内膜的内侧的质子（基质侧）泵到线粒体内膜的外侧（膜间隙侧）2、线粒体内膜的内侧的质子（基质侧）泵到线粒体内膜的外侧（膜间隙侧） 内膜外侧 内膜内侧

  30. Ⅰ Q Ⅲ C Ⅳ 3、线粒体的内膜是封闭的膜系统，膜上有ATP合成酶，利用质子电化学梯度（Pmf），推动ATP的生成。 e¯ e¯ H+ Pi+ ADP H+ ATP H+ H+ NAD H +H+ H+H+ H+ H+ 1/2O2 H+ H+ H+ H+ 11

  31. 第四节 影响呼吸速率的因素 (一)内部因素的影响 种间差异.器官差异 幼嫩器官＞衰老器官，生殖器官＞营养器官, 雌蕊＞雄蕊

  32. (二)外因的影响 • 1.水分 • ⑴ 干燥种子：随着水分上升，呼吸速率上升。 • 所以要安全储藏，种子含水量应在16%以下。 • 安全含水量：种子能安全储藏时的最高含水量.

  33. ⑵ 叶片或其他器官，由于失水过多处于萎蔫状，呼 吸反而上升。 因为此时细胞质中淀粉转变为糖，增加了呼吸底物。 ⑶ 长期处于萎蔫状态，呼吸速率下降。 气孔关闭，不利于气体交换。

  34. 2.温度的影响:正常情况下影响最大的因素。 呼吸作用的温度三基点: 最低温:呼吸作用能够进行的温度下限。 最高温:呼吸作用能够进行的温度上限。 最适温:持续维持高水平呼吸的温度。

  35. 3.O2含量的影响 O2 :影响呼吸速率和呼吸类型 对呼吸速率影响:氧饱和点,与温度有关。 对呼吸类型影响: O2 <3%,以无氧呼吸为主; 4%~8%,两种呼吸共存; 达9%时无氧呼吸停止, 9%的含氧量被称为发酵消失点。 巴斯德效应: 氧气对无氧呼吸的抑制作用。

  36. 4. CO2含量的影响 CO2含量达1%, 呼吸受到影响; 达5%,受到明显抑制; 达10%,造成二氧化碳中毒。 5.机械损伤 使呼吸加速进行。 （1）氧化酶直接与底物接触; （2）某些细胞转变成分生组织状态。 6.其它:微量生长素、氮肥可使呼吸加强。

  37. 第五节 呼吸作与农业生产 一.呼吸作用与农业栽培 保证呼吸作用正常进行。 二.呼吸与抗病 植株感病后,呼吸增强,可以提高抗病性。 三.呼吸与粮食贮藏 粮食安全贮藏的条件:低温、低湿、低氧 四.呼吸与果蔬贮藏 果蔬安全贮藏的条件:低温、高湿、低氧

  38. 光合与呼吸的比较

  39. 光呼吸与暗呼吸的区别

  40. 第四章 呼吸作用 呼吸商、呼吸链、生物氧化、糖酵解、TCA循环 影响呼吸作用的外界因素有哪些，它们如何影响呼吸作用？ 了解呼吸作用的途径？ 呼吸作用和光合作用的区别？ 光呼吸和暗呼吸的区别?

  41. THANKS THANKS

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