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