植物的呼吸作用

“植物呼吸作用是什么？植物的呼吸作用：是植物消化吸收氧气，将有机化合物转换为二氧化碳和水，释放出来能量的全过程。为植物的各种各样生命活动给予能量(呼吸是生命力的要求)。

植物的呼吸作用

• 呼吸作用的类型及意义
  • 呼吸作用类型
    • 有氧呼吸
      • 生活细胞在有氧气参与下，将有机物彻底氧化分解，放出CO2和H2O,同时释放能量的过程。
        • C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 能量 G´=2870kJ
    • 无氧呼吸
      • 在无氧条件下，生活细胞把某些有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。
        • C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 能量 G´=100kJ
  • 呼吸作用生理意义
    • 1、能量代谢：提供生命活动大部分能量 2、物质代谢：中间产物是许多物质合成的原料 3、自卫作用方面意义：增强免疫力
  • 呼吸作用的指标
    • 呼吸速率
      • 在一定时间内，单位植物组织所放出的CO2的量（QCO2 ）或吸收O2的量（QO2）
    • 呼吸商（呼吸系数）
      • 植物组织在一定时间内，放出CO2的量与吸收O2的量的比率。
      • 影响因素
        • 呼吸底物
          • 碳水化合物：RQ = 1 C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O RQ= 6CO2/ 6O2=1.0
          • 脂肪、油脂、蛋白质 ：RQ< 1 2C57H104O9 + 157O2 → 114CO2 + 104H2O （蓖麻油）RQ=114CO2/157O2=0.73
          • 有机酸： RQ > 1 C4H6O5+ 3O2 → 4CO2 + 3H2O （苹果酸）RQ= 4CO2/3H2O=1.33 2C4H6O6+5O2→8CO2 + 6H2O (酒石酸) RQ=8CO2/6H2O=1.6
          • 氨基酸：RQ >或<1 2C5H9O4N + 9O2→10CO2 + 6H2O + 2NH3 (Glu) RQ=10CO2/9O2=1.11 2C6H13O2N + 15O2 →12CO2 + 10H2O + 2NH3 (Leu) RQ=12CO2/15O2=0.8
        • 无氧呼吸的存在
        • 物质的转化、合成和羧化作用
        • 物理因素
        • 其它物质的还原
• 高等植物呼吸代谢的多样性
  • 呼吸途径的多样性
    • 糖酵解（EMP）
      • 淀粉或葡萄糖 → 丙酮酸
      • 定位：细胞质
      • 生理意义： * 是有氧和无氧呼吸的共同阶段 * 提供部分能量 * 提供一些中间产物
    • 三羧酸循环（TCA）
      • 定位：线粒体基质
      • 三羧酸循环的生理意义 生命活动所需能量的主要来源 物质代谢的枢纽 EMP-TCA是细胞主要的呼吸途径 是有氧呼吸产生CO2的主要来源
    • 磷酸戊糖途径（PPP或HMP）
      • 定位：细胞质
      • 生理意义
        • NADPH的主要来源、提供能量、提供合成原料、联系呼吸和光合作用的环节、与抗病、衰老、脱落有关
    • 乙醛酸循环（GAC）：乙醛酸体
    • 乙醇酸氧化途径：（光呼吸）叶绿体、过氧化物体、线粒体
    • DCA（二羧酸循环）
      • 定位：线粒体基质
  • 呼吸链电子传递的多样性
    • 呼吸链
      • 指植物代谢中间产物的电子和质子，沿着一系列排列有序的传递体传递到分子氧的总轨道。
      • 氢传递体（包括质子和电子）： NAD 或 NADP 、FMN 、 FAD 电子传递体：只传递电子，有细胞色素体系（Cytb、 Cytc1、Cytc、Cyta、 Cyta3）和铁硫蛋白。
    • 高等植物的呼吸链
      • 电子传递主路
        • NADH→FMN→FeS→UQ→Cytb→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
      • 电子传递支路（一）
        • NAD →FP2→UQ→Cy b→Cyt C→Cyt a→Cyta3→O2
        • 特点
          • 不受鱼藤酮的抑制
          • P/O = 2
            • 是线粒体氧化磷酸化活力的一个重要指标，指氧化磷酸化中每消耗1mol氧时所消耗的无机磷酸摩尔数之比。
      • 电子传递支路(二)
        • NADH→FP3→UQ→Cytb→Cyt C→Cyt a→Cyta3→O2
        • 特点
          • 不受鱼藤酮抑制
          • P/O=2
      • 电子传递支路(三)
        • NAD →FP4→Cyt b5→Cyt C→Cyt a→Cyta3→O2
        • 特点
          • 不受鱼藤酮和抗霉素A抑制，P/O=1
          • FP1、FP2：位于线粒体内膜内侧
          • FP3：位于线粒体内膜外侧
          • FP4：位于线粒体外膜上
      • 抗氰呼吸的电子传递支路
        • NADH→FP 1→UQ→x→O2 X: 交替氧化酶
        • 特点
          • P/o= 1,不受氰化物抑制
        • 生理意义
          • 利于授粉、促进果实成熟、代谢协同调控、抗病、增加抗逆性、能量溢流(光合过快碳水化合物过剩，细胞色素系统被电子饱和时发生，该途径速率提高保证TCA继续进行，而不产生氧化磷酸化，起能量溢流作用，大部分能量以热能散出). 不同电子传递途径的性质比较
  • 末端氧化酶的多样性
    • 定义
      • 把底物的电子传递到分子氧并形成水或过氧化氢的酶，因该酶将电子传递给分子氧的作用处于生物氧化系列反应的最末端，故称为末端氧化酶。
    • 分类
      • 细胞色素氧化酶
        • 位于线粒体，含Cu、Fe
      • 交替氧化酶（抗氰氧化酶）
        • 位于线粒体 ,含非血红素铁。能使花器官维持较高温度。
      • 抗氰呼吸
        • 氰化物存在条件下仍运行 的 呼吸作用，与正常电子传递途径交替进行，故又叫交替途径。
      • 酚氧化酶
        • 位于细胞质，含Cu 能增强对伤病抵抗力 儿茶酚 → 儿茶醌 → 聚合成褐色多聚体
      • 抗坏血酸氧化酶
        • 位于细胞质、细胞壁，含Cu
      • 乙醇酸氧化酶
        • 过氧化物体，不含金属
      • 黄素氧化酶
        • 乙醛酸体，不含金属辅基，能使植物适应低温环境 。
    • 氧化磷酸化
      • 定义: MH2代谢物上的一对电子被传递到分子氧时，所发生的ADP被磷酸化为ATP的偶联反应。
      • 指标： P/O比
      • 解偶联剂 :2，4-二硝基酚（DNP）
      • 机理:化学偶联假说 构象偶联假说 化学渗透假说
      • 光合作用和呼吸作用相互依存的表现
        • 光合作用与呼吸作用的ADP和NADP+是相同的，可共用。 光合作用的C3环和呼吸作用的HMP途径基本上是正反反应关系，其中间产物C3、C4、C5、C6、C7可交替使用。 光合释放的O2可供呼吸用，呼吸释放的CO2可为光合所用。