第四章植物的呼吸作用 第一节呼吸作用的概念及其生理意义 第二节植物呼吸代谢的生化途径 第三节电子传递与氧化磷酸化 第四节呼吸代谢的调控 第五节呼吸作用的生理指标及其影响因素 第六节植物呼吸作用与农业生产的关系 2007.12.15 魏小红 1
2007.12.15 魏小红 1 第一节 呼吸作用的概念及其生理意义 第二节 植物呼吸代谢的生化途径 第三节 电子传递与氧化磷酸化 第四节 呼吸代谢的调控 第五节 呼吸作用的生理指标及其影响因素 第六节 植物呼吸作用与农业生产的关系
第一节呼吸作用的概念及其生理意义 生物的新陈代谢可以概括为两类反应一同化作用(assimilation)和异化作用 (disassimilation)。 ◆同化作用是把非生活物质转化为生活物质。 ◆异化作用则是把生活物质分解成非生活物质。 一、呼吸作用的概念 呼吸作用(respiration)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。 呼吸作用的产物因呼吸类型的不同而有差异。依据呼吸过程中是否有氧的参与， 可将呼吸作用分为有氧呼吸(aerobic respiration)和无氧呼吸(anaerobic respiration)两大类型。 2007.12.15 魏小红 2
2007.12.15 魏小红 2 第一节 呼吸作用的概念及其生理意义 一、呼吸作用的概念 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。 呼吸作用的产物因呼吸类型的不同而有差异。依据呼吸过程中是否有氧的参与， 可将呼吸作用分为 两大类型。 生物的新陈代谢可以概括为两类反应— 是把非生活物质转化为生活物质。 则是把生活物质分解成非生活物质
有氧呼吸是指生活细胞利用分子氧(0)，将某些 有机物彻底氧化分解，形成C0,和H,O,同时释 有氧呼吸 放能量的过程。 C6H1206+602→6C02+6H20 △G°'=-2870 kJ-mol-1 呼吸类型 指生活细胞在无氧条件下，把有机物进行不 彻底的氧化分解，同时释放出部分能量的过 无氧呼吸 程。无氧呼吸又称发酵。有酒精发酵和乳酸 发酵。 C6H1206→2C2H0H+2C02 △G°'=-226 kJ.mol-1 2007.12.15 魏小红 3
2007.12.15 魏小红 3 有氧呼吸 有氧呼吸是指生活细胞利用分子氧(O2),将某些 有机物彻底氧化分解,形成CO2和H2O，同时释 放能量的过程。 C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O △G°′＝-2870kJ·mol -1 呼吸类型 无氧呼吸 指生活细胞在无氧条件下，把有机物进行不 彻底的氧化分解，同时释放出部分能量的过 程。无氧呼吸又称发酵。有酒精发酵和乳酸 发酵。 C6H12O6→2C2H5OH+2CO2 △G°′=-226 kJ·mol -1
二、呼吸作用的生理意义 1.为植物生命活动提供能量 2.呼吸作用为生物合成提供还原力 3.中间产物是合成植物体内重要有机物质的原料 4.在植物抗病免疫方面有着重要作用 原生质 矿质水分 细胞构造 细胞壁 物质合成 细胞器等 碳水化合物 淀粉 核酸 细相成分 蛋白质 正包米 中间产物 脂筋 激素等 细胞分裂 ATP 生理活动 原生质运动 NAD(P)H 离子吸收 硝酸还原等 CO2+H2O 故热 提高体温 呼吸作用的主要功能示意图 2007.12.15 魏小红 4
2007.12.15 魏小红 4 二、呼吸作用的生理意义 1. 为植物生命活动提供能量 2. 呼吸作用为生物合成提供还原力 3. 中间产物是合成植物体内重要有机物质的原料 4. 在植物抗病免疫方面有着重要作用 呼吸作用的主要功能示意图
葡萄糖 3-磷酸甘油酸· 丝氨酸族 芳香族 氨基酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 丙氨酸及 相关氨基酸 乙酰-CoA 脂防酸及 天冬氨酸族 异戊二烯衍生物 天冬氨酸。 草酰乙酸 柠檬酸 核酸 苹果酸 异柠檬酸 延胡索酸 :酮戊二酸 谷氨酸 琥珀酸 谷氨酸族 琥珀酰CoA 核酸 卟啉类 糖酵解和柠檬酸循环产生的中间产物 2007.12.15 魏小红 5
2007.12.15 魏小红 5 糖酵解和柠檬酸循环产生的中间产物
第二节植物呼吸代谢的主要途径 呼吸途径： 糖酵解(EMP)一酒精或乳酸发酵 主要途径有三条 糖酵解一三羧酸循环(TCA) 磷酸戊糖途径(PPP) 2007.12.15 魏小红 6
2007.12.15 魏小红 6 呼吸途径: 主要途径有三条 糖酵解（EMP）－酒精或乳酸发酵 糖酵解－三羧酸循环（TCA） 磷酸戊糖途径（PPP） 第二节 植物呼吸代谢的主要途径
淀粉 蔗糖→己糖磷酸 戊糖磷酸 磷酸戊糖途径 糖酵解 ↓ 丙糖磷酸 甘油 乙醇 酒精发酵 脂肪 丙酮酸 缺氧 乳酸 乳酸发酵 脂肪酸 ↓ 乙酰辅酶A一 丙二酰辅酶A 草酰乙酸 柠檬酸 柠檬酸 ,草酸乙酸 乙醇酸 乙醛酸途径 三羧酸循环 乙醛 异柠檬酸 琥珀酸 甲酸 乙醇酸氧化途径 琥珀酸 200 植物体内主要呼吸代谢途径相互关系示意图
2007.12.15 魏小红 7 淀粉 蔗糖 己糖磷酸 戊糖磷酸 磷酸戊糖途径 酒精发酵 乳酸发酵 植物体内主要呼吸代谢途径相互关系示意图 糖 酵 解 丙糖磷酸 丙酮酸 乙酰辅酶A 草酰乙酸 柠檬酸 三羧酸循环 琥珀酸 乙醇 乳酸 缺氧 丙二酰辅酶A 乙酸 乙醇酸 草酸 甲酸 乙醇酸氧化途径 琥珀酸 草酸乙酸 柠檬酸 异柠檬酸 乙醛 乙醛酸途径 甘油 脂肪 脂肪酸
一、糖酵解 己糖在细胞质中分解成丙酮酸的过程，称为糖酵解(glycolysis)。整个 糖酵解化学过程于1940年得到阐明。为纪念在研究这一途径中有突出贡献的 三位生物化学家：G.Embden,O.Meyerhof和J.K.Parnas,又把糖酵解途径称 为EmbdenMeyerhofParnas途径，简称EMP途径(EMP pathway)。糖酵解 普遍存在于动物、植物、微生物的细胞中。 糖酵解途径可分为下列几个阶段： 1.己糖的活化(1~9)是糖酵解的起始阶段。己糖在己糖激酶作用下，消耗两个 ATP逐步转化成果糖-1,6二磷酸(F-1,6-BP)。 2007.12.15 魏小红 8
2007.12.15 魏小红 8 一、糖酵解 己糖在细胞质中分解成丙酮酸的过程，称为糖酵解（glycolysis）。整个 糖酵解化学过程于1940年得到阐明。为纪念在研究这一途径中有突出贡献的 三位生物化学家：G.Embden,O.Meyerhof和J.K.Parnas，又把糖酵解途径称 为EmbdenMeyerhofParnas途径，简称EMP途径（EMP pathway）。糖酵解 普遍存在于动物、植物、微生物的细胞中。 糖酵解途径可分为下列几个阶段： 1.己糖的活化(1～9) 是糖酵解的起始阶段。己糖在己糖激酶作用下，消耗两个 ATP逐步转化成果糖-1，6二磷酸(F-1，6-BP)
2.己糖裂解(10~11)即F-1,6-BP在醛缩酶作用下形成甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮 磷酸，后者在异构酶(isomerase)作用下可变为甘油醛-3-磷酸。 3.丙糖氧化(12~16甘油醛-3-磷酸氧化脱氢形成磷酸甘油酸，产生1个ATP和1 个NADH,同时释放能量。然后，磷酸甘油酸经脱水、脱磷酸形成丙酮酸，并 产生1个ATP,这一过程分步完成，有烯醇化酶和丙酮酸激酶参与反应。 糖酵解的总反应可归纳为： CH20+2NAD++2ADP+2H,PO-2CHCOCOOH+2NADH+2H++2ATP 2007.12.15 魏小红 9
2007.12.15 魏小红 9 2. 己糖裂解(10～11) 即F-1，6-BP在醛缩酶作用下形成甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮 磷酸，后者在异构酶(isomerase)作用下可变为甘油醛-3-磷酸。 3. 丙糖氧化(12～16) 甘油醛-3-磷酸氧化脱氢形成磷酸甘油酸，产生1个ATP和1 个NADH，同时释放能量。然后，磷酸甘油酸经脱水、脱磷酸形成丙酮酸，并 产生1个ATP，这一过程分步完成，有烯醇化酶和丙酮酸激酶参与反应。 糖酵解的总反应可归纳为： C6H12O6+2NAD++2ADP+2H3PO4→2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP
Pi 淀粉 蔗糖 己糖的活化(19) H2O H.O 0P03H HC HC-OH CH2OH 己糖裂解(1011) HCOH 丙糖氧化(12~16) HCOH HOCH HOCH HOCH 0 HCOH HCOH (1)淀粉磷酸化酶、 HCOH ATP HC- HC HC- Mg2+ (2)淀粉酶、 CH2OH HC-OH ADP CH20H CH20H Mg2+ HCOH G-1-P 4 D-精萄糖 D果糖 (3)蔗糖酶、 HOCH ATP HCOH (④)磷酸葡萄糖变位酶、 HC Mg2 CH2OPO3H- ADP (5)己糖激酶、 G-6-P ⊙ (6)磷酸已糖异构酶、 CH20 OH CH2OPO3H- ATP (T)果糖激酶、 C=0 ADP CH2OPO3H Mg2 HOCH CH20H OH HC HCOH (8)ATP-磷酸果糖激酶 DHAP 8 HOCH HC- 10 (9)焦磷酸-磷酸果糖激酶、 11 HCOH PPi CH2OPO3H- HC- F-6-P 0)醛缩酶、 NAD HC=0 HCOH CH2OPO3H- 9 F-1,6-P D磷酸丙糖异构酶、 NADH CH2OPO3H 3-PGald 12 ②3-磷酸甘油醛脱氢酶、 OPO3H- ADP ATP OOH 0. OH ③磷酸甘油酸激酶、 6 HCOH 天Mg2 进入线粒体 HCOH ←Mg2+ HC-OPO3H7 Q④磷酸甘油酸变位酶、 CH20PO3H 13 CH2OPO3H- 14 CH20H 1,3-BPGA Mg2 3-PGA 2-PGA ⑤烯醇化酶、 15 OH Q6丙酮酸激酶 OH 16 进入三羧酸循环 金属离子是各有关酶的促 Mg2 K CH2 进剂。 丙酮酸 ATP ADP PEP ~表示高能磷酸键 2007.12.15 糖酵解途径 魏小红 10
2007.12.15 糖酵解途径 魏小红 10 己糖的活化(1～9) 己糖裂解(10～11) 丙糖氧化(12～16) ⑴ 淀粉磷酸化酶、 ⑵ 淀粉酶、 ⑶ 蔗糖酶、 ⑷ 磷酸葡萄糖变位酶、 ⑸ 己糖激酶、 ⑹ 磷酸已糖异构酶、 ⑺ 果糖激酶、 ⑻ ATP-磷酸果糖激酶 (9)焦磷酸-磷酸果糖激酶、 ⑽ 醛缩酶、 ⑾ 磷酸丙糖异构酶、 ⑿ 3-磷酸甘油醛脱氢酶、 ⒀ 磷酸甘油酸激酶、 ⒁ 磷酸甘油酸变位酶、 ⒂ 烯醇化酶、 ⒃ 丙酮酸激酶 金属离子是各有关酶的促 进剂。 ～表示高能磷酸键