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生物奥赛-呼吸作用


Chapter 5 Plant Respiration

§1 呼吸作用的概念和生理意义
? 呼吸作用的概念(略)

? 呼吸作用的生理意义 1. 提供能量 2. 提供原料(中间产物) 3. 增强抗逆性

§2 植物呼吸代谢的途径
植物呼吸代谢途径有:糖酵解、三羧酸循环、磷 酸戊糖途径和乙醛酸循环 一 糖酵解 二 TCA cycle / citric acid cycle 三 戊糖磷酸途径
?

四 乙醛酸循环
1.

2.

3.

部位:乙醛 酸循环体 (一种过氧 化物体) 底物:乙酰 CoA 过程

蔗糖 乙酰CoA 糖异生

草酰乙酸 柠檬酸

乙酰CoA

苹果酸
CoASH+H+

乙醛酸

异柠檬酸 异柠檬酸 裂解酶

延胡索酸 琥珀酸

4. 反应式: 2 乙酰CoA+NAD++2H2O→琥珀酸+ 2CoASH+NADH+H+ 5. 意义:仅存在于植物中,与富含脂肪的种

子在萌发时将脂肪转化为糖有关。

§3 植物呼吸代谢的多样性
表现为呼吸代谢途径的多样性、末端氧化酶的 多样性和电子传递链的多样性。 一 代谢途径的多样性 二 末端氧化酶的多样性
?
末端氧化酶:位于呼吸电子传递链的末端,并与氧还原 为水相偶联的酶。 1. 细胞色素氧化酶 cytochrome oxidase
1) 含Cu 与Fe,作用是将cyta3的电子交给O2,使之活化并与质 子结合形成水。 2) 部位:线粒体,在植物中普遍存在,占氧消耗的4/5。

2. 交替氧化酶(alternate oxidase)
1) 部位:线粒体。 交替氧化酶 NADH→复合体I→CoQ O2 由于越过了复合体III和IV,因此该酶和电子传递途径不受氰 化物抑制,又称为抗氰氧化酶,其P/O比为1。 2) 作用:与植物授精、种子萌发时温度升高有关(又称放热呼吸)。

3. 酚氧化酶
1) 分为单酚氧化酶和多酚氧化酶。多酚氧化酶含Cu。 2) 该酶存在于质体和微体中,而底物存在于液泡中,只有当组织 受伤或衰老时,细胞结构解体,二者发生反应,将酚氧化为棕 禢色的醌。(醌对微生物有毒,防感染) 3) 利用该性质可用于制茶。

4. 5.

乙醇酸氧化酶
存在于过氧化物体中,将乙醇酸氧化为乙醛酸,参与C2循环。

黄素氧化酶
存在于乙醛酸体中,参与脂肪酸的氧化分解。

6. 抗坏血酸酶
存在于细胞液和细胞壁中,催化抗坏血酸氧化为脱氢抗坏血酸, 在氧化还原系统中起重要作用: AH2 NADP+ 2GSH 脱氢抗坏血酸 H2O A NADPH GSSG 抗坏血酸 1/2O2

几种末端氧化酶特性的比较
酶 辅基 定位 与O2的亲 合力 极高 与ATP的 偶联 3 CN的抑 制 + CO的抑 制 +

细胞色素 氧化酶 交替氧化 酶 酚氧化酶

Hemo Fe Cu 非hemo Fe Cu

线粒体

线粒体



1

_

-

质体 微 体 细胞液



0

+

+

抗坏血酸 氧化酶 乙醛酸氧 化酶

Cu



0

+

-

FMN

过氧化体



0

-

-

?

植物体之所以需多种末端氧化酶,是与它适应 不同的环境所分不开的。
1. 温度:黄素氧化酶对温度不敏感,故低温对它无影 响,而细胞色素氧化酶对低温敏感。如:柑橘:果 实未成熟时气温高,以细胞色素氧化酶为主;果实 成熟时气温低,以黄酶为主。 氧气:细胞色素氧化酶对氧亲合力强,故分布在水 果内层;酚氧化酶和黄酶对氧亲合力弱,故分布在 水果外层。

2.

§4 影响呼吸作用的因素
一 呼吸作用的指标
1. 呼吸速率 respiratory rate: 指植物材料 单位鲜重、干重或原生质在单位时间内 所释放CO2的量Q CO2或O2的量Q O2 。

2. 呼吸商 respiratory quotient(RQ): 植物组织在 一定时间内放出的CO2的量与吸收O2的量的 比值。
? ? RQ= Q CO2 / Q O2 RQ可以反应底物的性质:
A. 碳水化合物彻底氧化分解,RQ=1 C6H12O6+6O2→6H2O+6CO2 B. 脂肪、脂肪酸、蛋白质等氧化时,RQ<1 棕榈酸:C16H32O2+23O2→16CO2+16H2O C. 富含氧的有机酸氧化时,RQ>1 苹果酸:C4H6O5+3O2→4CO2+3H2O

?

RQ还可以反映氧的供应状态,缺氧进行酵解时 RQ>1

二 内部因素对呼吸速率的影响
生长快的植物、器官、组织呼吸速率快。

三 外界条件对呼吸速率的影响
1. 氧气:
消失点 饱和点 一般植物的氧饱和点为大 气氧浓度21%。 小麦、水稻幼苗的消失点 为18%,苹果果实为10%。 放 出 的 二 氧 化 碳 量
呼吸作用放出的CO2量

有氧呼吸

无氧呼吸
无氧呼吸消失点 氧饱和点

氧浓度

2. CO2
CO2对呼吸作用具有抑制作用,但只有在CO2浓度远远超过大气 CO2浓度时(1-10%),才起抑制作用。 因此作物须中耕松土,促进气体交换。

3. 温度
? ? 呼吸作用的最适温度为25~35℃,最低-10℃左右,最高 35~45℃左右。 温度系数:温度每升高10℃,所引起的反应速度的变化。 (t+10)℃时的反应速度 Q10= t℃时的反应速度

4. 机械损伤 – 损伤明显促进组织的呼吸,因为:
1) 原来的氧化酶与底物在结构上 隔离的,损伤使区 域化作用破坏,引起底物的氧化。 2) 损伤增加了底物与酶的接触,使更接近,加速氧 化。 3) 损伤使一些组织变为分生组织以修复损伤,使代 谢加强。

5. 病原菌入侵 – 感菌后植物HMP途径加强,同时抗氰呼吸加 强。

例题
1. 水果贮藏保鲜时,降低呼吸的环境条件是: A. 低氧、高二氧化碳、零上低温 B. 低二氧化碳、高氧、零下低温 C. 无氧、高二氧化碳、零上低温 D. 低氧、无二氧化碳、零下低温

2. 在适宜的温光条件下,在同时盛有水生动物和水 生植物的养鱼缸内,当处于下列哪种情况时, 整个鱼缸的物质代谢恰好处于相对平衡 。 A.动物的呼吸交换等于植物的光合作用的交换 B.动物吸收的氧等于光合作用释放的氧 C.动植物的二氧化碳的输出等于植物光合作用二氧 化碳的吸收

3. 在呼吸作用的末端氧化酶中,与氧亲和力最强的 是—— A.抗坏血酸化酶 B.多酚氧化酶 C.细胞色素氧化酶 D. 交替氧化酶 4. 呼吸链中的细胞色素靠元素 化合价的变化来 传递电子。 A.Mo B.Fe C.Mn D.Cu


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