4植物的呼吸作用
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植物的呼吸作用
植物的呼吸作用是重要的生理过程,它允许植物从环境空气中吸收氧气,并释放二氧化碳。
与动物呼吸相似,植物呼吸依赖于氧气的摄入和二氧化碳的排出,但过程由于植物的特殊结构而有所不同。
在植物的呼吸作用中,氧气通过气孔进入植物的叶片,然后进入叶绿体中的细胞。
在叶绿体中,氧气参与到细胞呼吸中的氧化过程中,以产生能量和水的副产物。
同时,二氧化碳作为呼吸废物由细胞释放出来,并通过气孔离开植物体。
植物的呼吸作用是不断进行的,即使在夜晚或光合作用停止的情况下也是如此。
由于植物被动感知周围环境中的氧气浓度和二氧化碳浓度,它们能够在不同条件下调节呼吸速率。
在光合作用进程中,光合产物提供的能量可以通过呼吸消耗,以维持植物的正常生长和代谢。
值得注意的是,植物的呼吸作用和动物呼吸作用虽然存在相似之处,但并不相同。
植物利用光合作用将二氧化碳转化为有机物质(葡萄糖),同时释放氧气。
然而,在光合作用停止或不足的情况下,植物需要通过呼吸作用来从外部环境获取能量。
总而言之,植物的呼吸作用是一个重要的生理过程,它使植物能够从环境中摄取氧气、释放二氧化碳,并产生能量维持生长和代谢。
这一过程通过细胞内过程进行,而植物能够根据环境条件调节呼吸速率。
尽管与动物呼吸作用存在相似之处,但植物的呼吸作用在光合作用停止时起到重要的能量供应作用。
植物呼吸作用
植物的呼吸作用是指通过气孔吸取二氧化碳,并释放氧气的过程。
尽管这种作用与动物呼吸作用有所不同,但它在植物的生存中起着至关重要的作用。
植物呼吸作用的关键是通过气孔从大气中吸取二氧化碳。
气孔是植物叶片和茎表面的微小开口,它们可以打开和关闭来控制氧气和水的进出。
当气孔打开时,二氧化碳进入植物组织并通过细胞膜渗透到叶绿体中。
在叶绿体中,二氧化碳与水进行光合作用,产生葡萄糖和氧气。
葡萄糖被植物用作能量来源,而氧气则被释放到大气中。
植物的呼吸作用不仅在光照条件下进行,而且在黑暗条件下也会发生。
在黑暗中,植物无法进行光合作用,因此无法产生葡萄糖。
此时,植物会利用以前储存的葡萄糖进行呼吸作用,以维持生命活动。
在呼吸作用中,植物将葡萄糖与氧气反应,产生二氧化碳、水和能量。
植物呼吸作用的速率受到多种因素的影响。
温度、湿度和光照强度是其中的主要因素。
较高的温度和充足的阳光可以促进植物的呼吸作用,而较低的温度和不充足的阳光则会减慢呼吸作用的速率。
总而言之,植物的呼吸作用是通过气孔吸取二氧化碳,并释放氧气的过程。
这个过程是植物维持生命活动的关键之一,同时也为其他生物提供了氧气。
第四章植物的呼吸作用知识要点呼吸作用是一切生活细胞的基本特征。
呼吸作用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。
呼吸作用为植物体的生命活动提供了所需的能量,其中间产物又能转变为其他重要的有机物(蛋白质、核酸、脂肪等),所以呼吸作用就成为植物体内代谢的中心。
按照需氧状况将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
在正常情况下,有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式,在缺氧条件下,植物进行无氧呼吸。
从进化的观点看,有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。
高等植物的呼吸主要是有氧呼吸,但仍保留无氧呼吸的能力。
高等植物的呼吸生化途径、电子传递途径和末端氧化系统具有多样性。
呼吸代谢的多样性是植物在长期进化中形成的对多变环境适应的一种表现。
EMP-TCA- 细胞色素系统是植物体内有机物质氧化分解的主要途径,而PPP、GAC 途径和抗氰呼吸在植物呼吸代谢中也占有重要地位。
呼吸底物的彻底氧化包括CO2 的释放与H2O的产生,以及将底物中的能量转换成ATP。
EMP-TCA 途径只有CO2 的释放,没有H2O的形成,绝大部分能量还贮存在NADH和FADH2中。
这些物质所含的氢不能被大气中的氧所氧化,而是要经过一系列可进行迅速氧化还原的呼吸传递体的传递之后,才能与分子氧结合生成水。
而作为生物体内“能量货币”的ATP就是在与电子传递相偶联的磷酸化过程中大量形成。
因而,呼吸电子传递链和氧化磷酸化在植物生命活动中是至关重要的。
呼吸作用与植物各器官的生长与发育都有直接或间接的关系,凡是生长旺盛,生理活性高的部位都有强的呼吸强度。
植物呼吸代谢受着多种内、外因素( 主要是生理状态、温度、O2、CO2和水分) 的影响,为了保证植物生命活动的正常运转,就必须有一套应变调控措施。
许多研究结果表明,细胞内呼吸代谢主要是通过能荷以及关键酶的合成和活性的调节来实现的。
呼吸作用影响植物生命活动的全局,因而与农作物栽培、育种以及种子、果蔬、块根、块茎的贮藏都有着密切的关系。
第四章 植物的呼吸作用一、要点提示呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
呼吸作用为细胞的生命活动提供了大部分的能量,同时,它的中间产物又是合成多种重要有机物的原料。
呼吸作用是细胞代谢的中心。
有氧呼吸和无氧呼吸的底物一般都是从糖类开始的,在产生丙酮酸后才分道扬镳。
高等植物以有氧呼吸为主,但亦可短期进行无氧呼吸。
高等植物的糖分解代谢途径是多种的,有糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径等。
糖酵解和戊糖磷酸途径在细胞质中进行,三羧酸循环在线粒体中进行。
线粒体内膜上有5种蛋白复合体组成的呼吸链和ATP合酶。
呼吸链除了标准图式外,还有抗氰呼吸等多条电子传递途径。
植物体内的氧化酶也是多种多样的,保证细胞呼吸代谢正常进行。
呼吸作用产生的电子和质子沿着电子传递途径传到氧,结合形成水。
与此同时也进行氧化磷酸化,形成ATP,即电子传递给氧的过程中,消耗氧和无机磷酸,把能量积存于ATP中。
苹果酸、琥珀酸、胞质NADH和抗坏血酸的ADP∶O各为2.5、1.5、1.5和1.0。
呼吸作用是一个放能的过程,它逐步放出能量,一部分以热的形式散失于环境中,其余则贮存在某些含有高能键(如特殊的磷酸键和硫酯键)的化合物(ATP或乙酰CoA等)中。
细胞能量利用率约为52%。
ATP是细胞内能量转变的“通货”。
植物的光合作用和呼吸作用是相互联系的。
无论是糖酵解、戊糖磷酸途径还是三羧酸循环,细胞都能自动调节和控制,使代谢维持平衡。
影响呼吸速率的内部因素很多。
一般来说,凡是生长迅速的植物、器官、组织和细胞,其呼吸均较旺盛。
影响呼吸速率的外界条件,主要有温度、氧气和二氧化碳。
由于呼吸是代谢的中心,在作物栽培过程中,一般来说,都应使呼吸83 第四章 植物的呼吸作用过程正常进行。
但呼吸消耗有机物和放热,对贮藏粮食和果蔬来说,又应该降低呼吸速率,以利安全贮存。
二、术语解释呼吸作用(respiration):生活细胞内的有机物质,在一系列酶的参与下,逐步氧化分解,同时释放能量的过程。
第四章植物的呼吸作用一. 名词解释呼吸作用(respiration):指生活细胞内的有机物质,在一系列酶的催化下,逐步氧化降解并释放能量的过程。
有氧呼吸(aerobic respiration):指生活细胞在氧气的参与下,把体内的有机物质彻底氧化分解为二氧化碳和水并释放能量的过程。
无氧呼吸(anaerobic respiration):在无氧条件下,生活细胞把体内的有机物质分解为不彻底的氧化产物并释放能量的过程,也称发酵(fermentation )。
糖酵解(glycolysis, EMP):在细胞质基质内发生的,由己糖经过一些列酶促反应分解为丙酮酸的过程。
戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway, PPP):在细胞质基质和质体内进行的葡萄糖直接氧化产生NADPH、磷酸戊糖和二氧化碳的酶促反应过程。
底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):底物分子的磷酸直接转到ADP而形成ATP的过程。
三羧酸循环 tricarboxylic acid cycle , TCAC):丙酮酸在有氧条件下,通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环逐步分解脱氢、并释放二氧化碳的过程。
又称为柠檬酸环或Kreds环,简称TCA循环。
巴斯德效应(Pasteur effect):由巴斯德发现的氧气抑制发酵作用的现象。
生物氧化(biological oxidation):有机物质在生物体内发生的氧化作用,包括消耗氧,生成二氧化碳和水并放出能量的过程。
呼吸链(respiratory chain):呼吸代谢中间产物的电子和质子,沿着一系列有顺序的电子传递体传递到分子氧的总轨道。
抗氰呼吸(cyanide resistant respiration):指某些植物组织或器官在氰化物存在的情况下仍能进行的呼吸。
参与抗氰呼吸的末端氧化酶为交替氧化酶(抗氰氧化酶)。
末端氧化酶(terminal oxidase):处于生物氧化一系列反应的最末端,将底物脱下的氢或电子传递给分子氧,形成水或过氧化氢的氧化酶。
千里之行,始于足下。
植物的呼吸作用知识点总结植物的呼吸作用是指通过光合作用和呼吸作用进行的气体交换过程。
植物通过呼吸作用能够吸收空气中的氧气,并释放二氧化碳。
下面是关于植物的呼吸作用的一些重要知识点总结:1. 呼吸器官:植物的呼吸器官主要有根部、茎、叶片和花朵等。
根部通过根细胞的呼吸作用进行气体交换;茎部主要是通过叶子和茎表面进行气体交换;叶片是主要的呼吸器官,通过气孔进行气体交换;花朵则通过花朵表面进行气体交换。
2. 呼吸作用的过程:植物的呼吸作用是一个有氧的过程,即通过氧气来进行。
在呼吸作用过程中,植物吸收空气中的氧气,并通过呼吸作用将有机物转化为能量,并释放出二氧化碳和水。
呼吸作用可以分为三个阶段:糖解、氧化和磷酸化。
3. 糖解:糖解是指在细胞质中将葡萄糖分解为小分子有机物的过程。
在糖解过程中,葡萄糖分解为丙酮酸和乙酸,同时释放出少量的能量。
4. 氧化:氧化是指将丙酮酸和乙酸进一步分解为二氧化碳和水的过程。
氧化是一个有氧过程,需要通过氧气来进行。
5. 磷酸化:磷酸化是指在氧化过程中产生的能量通过磷酸化反应转化为化学能的过程。
在磷酸化过程中,ADP(腺嘌呤二磷酸)会转化为ATP(腺嘌呤三磷酸),同时释放出大量的能量。
第1页/共2页锲而不舍,金石可镂。
6. 假植物呼吸:有些植物在夜间或低光条件下会进行一种被称为假植物呼吸的过程。
假植物呼吸是指在缺氧或低氧条件下,植物通过发酵过程来产生能量。
假植物呼吸产生的能量较少,但可以维持细胞的基本生活活动。
7. 光合作用与呼吸作用的关系:光合作用是植物通过吸收光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程。
呼吸作用是植物利用光合作用产生的有机物进行能量转化的过程。
光合作用与呼吸作用相互补充,共同维持植物的生命活动。
8. 呼吸作用受环境条件的影响:温度、湿度、光照强度等环境条件会影响植物的呼吸作用。
在高温条件下,植物的呼吸作用增加,而在低温条件下,植物的呼吸作用减少。
第二篇
植物体内
物质和能量的转换
第四章植物的呼吸作用
教学目的
通过本章的学习, 要求:
掌握糖分解的代谢途径和能量的产生、利用; 呼吸作用与农业生产的关系。
熟悉影响呼吸作用的内外因素; 学习应用呼吸作用原理为农林业生产服务。
本章的主要内容1呼吸作用的概念、生理意义和场所2植物的呼吸代谢途径
3 生物氧化
4 呼吸过程中能量的贮存和利用
5 呼吸作用的调节和控制
6 影响呼吸作用的因素
7 呼吸作用与农业生产
第一节呼吸作用的概念和
生理意义
1. 呼吸作用的概念
1)有氧呼吸(aerobic respiration)
指生活细胞在氧气的参与下,把某些有机物质彻底氧化分解,放出二氧化碳并形成水,同时释放能量的过程。
C
6H
12
O
6
+6O
2
6CO
2
+6H
2
O+能量
△G’=2870KJ
因为氧在呼吸过程中不直接与葡萄糖作用,而与中间产物氢离子结合,还原成水,呼吸作用方程式应改写为:
C 6H 12O 6+6H 2O+6O 2 6CO 2+12H 2O+能量
△G ’=2870KJ
有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式。
事实上,通常所提的呼吸作用就是指有氧呼吸。
2)无氧呼吸(anaerobic respiration)
一般指在无氧条件下,细胞把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放能量的过程。
这个过程用于高等植物,习惯上称为无氧呼吸,如应用于微生物,则惯称为发酵(fermentation).
C 6H
12
O
6
2C
2
H
5
OH+2CO
2
+能量
△G’=100KJ
乳酸
无氧到有氧的环境转变,与生物的适应。
2. 呼吸作用的生理意义
1)呼吸作用提供植物生命活动所需要的大部分能量。
呼吸作用释放能量的速度较慢,而且逐步释放,适用于细胞利用。
2)呼吸过程为其他化合物合成提供原料
3.呼吸作用的场所
1)糖酵解和戊糖磷酸途径的酶都存在于细胞质的可溶部分,因此,这两条途径是在细胞质的可溶部分进行的;2)三羧酸循环和生物氧化过程是在线粒体中进行的;
线粒体被喻为植物细胞的发电厂。
4.线粒体
(1)植物细胞中普遍存在;
(2)化学组成
蛋白质脂类和磷脂RNA和DNA 65~70% 25~30% 0.5%(3)大小:直径0.5~1.0um
长约1~2um
(4)500~2000个线粒体/细胞
The Citric Acid Cycle –A mitochondrial matrix process
第二节植物的呼吸代谢途径
呼吸作用糖的分解代谢途径有三种:
糖酵解(EMP)
三羧酸循环(TCA)
戊糖磷酸途径(PPP、HMP)
1.糖酵解
•淀粉、葡萄糖或其他六碳糖在无氧状态下分解成丙酮酸的过程,通称为糖酵解。
•糖酵解亦称为EMP途径(EMP pathway),以纪念对这方面工作贡献较大的三位生物化学家:Embden,Meyerhof和Parnas(EMP)。
糖酵解分解底物,形成2分子丙酮酸,并还原NAD+为NADH。
(1)缺氧时:NADH还原乙醛成乙醇,或还原丙酮酸成乳酸;
(2)有氧时:进入TCA循环,彻底氧化底物为水和二氧化碳。
无氧呼吸放出二氧化碳,说明底物被氧化,但氧的来源是组织内部的含氧物质(水分子和糖分子),因此,也称分子内呼吸。
生理意义
1.生物体普遍存在,有氧无氧的共同途径;
2.中间产物和终产物可产生不同物质;
3.多数步骤可逆,有利于代谢调节
4.提供能量
2. 三羧酸循环
糖酵解进行到丙酮酸后,在有氧的条件下通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解,直到形成水和二氧化碳为止,故称这个过程为三羧酸循环(tricarboxylieacid cycle,简写为TCA 环)。
这个循环是英国生物化学家H.Krebs 首先发现的,所以又名Krebs环。
三羧酸循环的要点和意义:
(1)羧酸循环中一系列的脱羧反应是呼吸作用释放产生二氧化碳的来源;
(2)在三羧酸循环中有5次脱氢过程,氢经过一系列呼吸传递体的传递,释
放出能量,最后与氧结合成水。
因
此,氢的氧化过程实际是放能过程。
(3)三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白貭和核酸及其他物质的共
同代谢过程。
这些物质可以
通过三羧酸循环发生代谢上
的联系。
(4)生命活动中能量的主要来源。
三羧酸循环
3.戊糖磷酸途径
在高等植物中,还发现可以不经过无氧呼吸生成丙酮酸进行有氧呼吸的途径,就是戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway,PPP),又称已糖橉酸途径(hexose monophosphate pathway,HMP)
PPP的生理意义
1)产生大量的NADPH,作为主要代氢体,为各种合成反应提供的还原力,例如脂肪酸固醇等的合成,硝酸盐、亚硝酸盐的还原,氨的同化等;
2)它的中间产物为许多化合物的合成提供原料,如Ru5P和R5P是合成核酸的原料,赤藓糖-4-磷酸和3-磷酸甘油酸可以合成莽草酸等。
3)中间产物和酶与光合C3环相同,可与光合作用联系起来。
第三节电子传递与氧化磷酸化
生物氧化(biological oxidation)
指有机物质在生物体内进行氧化(伴随着还原),包括消耗氧,生成二氧化碳、水和放出能量的过程。
生物氧化是在由载体组成的电子
传递系统中进行的。
1. 呼吸链
呼吸链(respiratory chain)
就是呼吸代谢中间产物的电子和质子,沿着一系列有顺序的电子传递体组成的电子传递途径,传递到分子氧的总过程。
呼吸链就是电子传递链(electron transport chain)。
组成呼吸链的传递体可分为氢传递体和电子传递体。
氢传递体
传递氢(包括质子和电子,以2H++2e-表示)它们是作为脱氢酶的辅助因子,有下列几种:
(1)NAD(即辅酶Ⅰ)
(2)NADP(即辅酶Ⅱ)
(3)黄素单核苷酸(FMN)
(4)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
它们都能进行氧化还原。
电子传递体
是指细胞色素体系和铁硫蛋白(Fe-S),它们只传递电子。
细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的结合蛋白质,根据吸收光谱的不同分为a、b和c3类,每类又再分为若干种。
线粒体电子传递链
位于线粒体的内膜上,由4种蛋白复合体(protein complex)和ATP合酶组成。
复合体I、II、III、IV
复合体Ⅰ
组成
功能NADH 脱氢酶
FMN
3个Fe -S 蛋白NADH 将电子传到泛醌,同时使H+跨膜。
泛醌(ubiquinone,UQ或Q )
一种较小的脂溶性电子和氢载体,位于线粒体内膜,它不与任何蛋白质紧密结合,可以在双层膜构成的疏水中心移动。
复合体Ⅱ
组成
功能琥珀酸脱氢酶
FAD
Fe -S 蛋白。
把FADH 2的电子传给UQ ,无氢的跨膜运输
复合体Ⅲ:
组成功能Cytb 560Cytb 565Cytc 1Fe -S
把还原泛醌(UQH 2)的电子经Fe -S 、Cytb 传到Cytc ,将氢跨膜运出。
细胞色素c(Cytochrome c)
与线粒体内膜外表面非紧密结合的小型蛋白,作为一个活动的电子载体在复合体III和复合体IV之间传送电子。
复合体Ⅳ(细胞色素氧化酶):组成功能Cu A Cu B Cyta Cyta 3
把Cytc 的电子传给O 2,激发O 2并与基质
中的H +结合,形成
H 2O ;跨膜送氢。
膜外面有外源
NAD (P )H 脱氢酶
氧化NAD (P )H ,与UQ 还原相联系。
交替氧化酶
UQH 2也会被位于基质一侧的交替氧化酶氧化。
电子在呼吸链上的动力是电势梯度。
每个传递体都具有其标准电位Eo ′。
电子只能从低电位向高电位传递,例如NADH 的Eo ′为-0.320V ,UQ 为+0.070V ,O 2为+0.816V,所以电子从NADH 传递至O 2 。
•在研究电子传递顺序时,常常使用专一性电子传递抑制剂以阻断呼吸链中某一部位的电子传递。
2.氧化磷酸化
•线粒体NADH的两个电子沿呼吸链传递给氧的过程中,消耗氧及无机磷酸,同时贮存大量的能量在ATP 的高能键上。
换句话说,氧化过程伴随着ATP的合成,即氧化作用与磷酸化作用同时进行,这一过程称为氧化磷酸化作用(oxidative phosphorylation)。
•氧化磷酸化偶联的机理,目前被人们普遍接受的是P.Mitchell提出的化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)。
•P/O比(P/O ratio)
是线粒体氧化磷酸化活力的一个重要的指标,它是指呼吸过程中无机磷酸(Pi)消耗量和原子氧消耗量的比值。