第五章植物的呼吸作用

第五章植物的呼吸作用

第一節(jié)呼吸作用的概念及其生理意義生物的新陳代謝可概括為兩類反應(yīng)：1.同化作用(assimilation)-把非生活物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生活物質(zhì)。

2.異化作用（disassimilation）-把生活物質(zhì)分解成非生活物質(zhì)。光合作用屬于同化作用；呼吸作用屬于異化作用。呼吸作用是所有生物的基本生理功能，是一切生活細胞的共同特征，呼吸停止，也就意味著生命的終止。因此，了解植物呼吸作用的規(guī)律，對于調(diào)控植物生長發(fā)育，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著十分重要的理論意義和實際意義。一、呼吸作用的概念有氧呼吸是高等植物呼吸的主要形式，通常所說的呼吸作用，主要是指有氧呼吸。有氧呼吸總反應(yīng)式和燃燒反應(yīng)式相同.但是呼吸作用與物質(zhì)燃燒的主要區(qū)別：1.燃燒時,有機物被劇烈氧化散熱,呼吸作用中氧化作用分步驟進行,能量逐步釋放.一部分能量轉(zhuǎn)移到ATP和NAD(P)H分子中,成為隨時可利用的貯備能,另一部分以熱的形式放出。2.燃燒是物理過程，呼吸作用是生理過程，在常溫、常壓下進行。二、呼吸作用的生理意義

1.為植物生命活動提供能量呼吸氧化有機物，將其中的化學(xué)能以ATP形式貯存起來。當(dāng)ATP分解時，釋放能量以滿足各種生理過程的需要。呼吸放熱可提高植物體溫，有利種子萌發(fā)、開花傳粉受精等2.中間產(chǎn)物是合成植物體內(nèi)重要有機物質(zhì)的原料呼吸產(chǎn)生許多中間產(chǎn)物，其中有些十分活躍，是進一步合成其他有機物的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.在植物抗病免疫方面有著重要作用呼吸作用氧化分解病原微生物分泌的毒素，以消除其毒害。植物受傷或受到病菌侵染時，通過旺盛的呼吸，促進傷口愈合，加速木質(zhì)化或栓質(zhì)化，以減少病菌的侵染。第二節(jié)呼吸代謝的生化途徑

高等植物中存在著多條呼吸代謝的生化途徑，這是植物在長期進化過程中，對多變環(huán)境條件適應(yīng)的體現(xiàn)。

一、糖酵解（glycolysis）1940年得到闡明。為紀念在研究這一途徑的三位生化學(xué)家：G.Embden,O.Meyerhof和J.K.Parnas，把糖酵解途徑簡稱EMP途徑（EMPpathway）（一）糖酵解的化學(xué)歷程

（二）糖酵解的生理意義

1.存在于所有生物體中包括原核生物和真核生物?？赡苁巧镞M化出光合放氧之前，產(chǎn)生能量的主要方式，是最古老的呼吸途徑。2.產(chǎn)物丙酮酸的化學(xué)性質(zhì)活躍，可以通過多種代謝途徑，生成不同的物質(zhì)。3.通過糖酵解，生物體可獲得生命活動所需的部分能量。對于厭氧生物來說，糖酵解是糖分解和獲取能量的主要方式。4.糖酵解途徑中，除了由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶等所催化的反應(yīng)以外，多數(shù)反應(yīng)均可逆轉(zhuǎn)，這就為糖異生作用提供了基本途徑。二、發(fā)酵作用(一)反應(yīng)歷程：1,酒精發(fā)酵(alcoholfermentation)糖酵解生成丙酮酸在丙酮酸脫羧酶作用下脫羧生成乙醛。再在乙醇脫氫酶的作用下，接受糖酵解中產(chǎn)生的NADH＋H+的氫，乙醛被還原為乙醇。酵母菌的酒精發(fā)酵是釀酒工業(yè)中的主要生物化學(xué)過程。厭氧下每分子葡萄糖經(jīng)酒精發(fā)酵后產(chǎn)生2分子乙醇、2分子CO2和2分子ATP。2、乳酸發(fā)酵(lactatefermentation)在含有乳酸脫氫酶的組織里，丙酮酸便被NADH還原為乳酸，每分子葡萄糖經(jīng)乳酸發(fā)酵產(chǎn)生2分子乳酸和2分子ATP。許多細菌能利用葡萄糖產(chǎn)生乳酸，產(chǎn)生乳酸的這類細菌通常稱為乳酸菌。利用乳酸菌的發(fā)酵可以制造酸牛奶、泡菜、酸菜和青貯飼料的發(fā)酵等。由于乳酸菌缺少蛋白酶，它不會消化組織細胞中的原生質(zhì)，而只利用了汁液中的糖分及氨基酸等可溶性含氮物質(zhì)作為營養(yǎng)，因而組織仍保持堅脆狀態(tài)。由于乳酸的積累，PH值可降至<4，從而又抑制了其它分解蛋白質(zhì)的腐敗細菌及丁酸菌的生長，起到了防腐作用。在無氧條件下，通過酒精發(fā)酵或乳酸發(fā)酵，實現(xiàn)了NAD+的再生，這就使糖酵解得以繼續(xù)進行。圖植物體內(nèi)主要呼吸代謝途徑相互關(guān)系示意圖

淀粉、蔗糖磷酸己糖磷酸丙糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)CO2+H2O磷酸戊糖PPP途徑中間代謝產(chǎn)物是合成糖類、脂類、蛋白質(zhì)和維生素及各種次生物質(zhì)的原料正常情況下PPP途徑占呼吸3%~30%，處于逆境時，PPP上升，油料作物結(jié)實期PPP上升糖酵解脂肪β–氧化有氧無氧乳酸脫氫酶脫羧酶乳酸（淹酸菜、泡菜、青貯飼料）乙醛乙醇灑精發(fā)酵有氧乙酸（醋）乙醛酸循環(huán)乙酸乙醇酸草酸甲酸琥珀酸乙醇酸循環(huán)EMPTCA環(huán)或Krebs環(huán)

PPP或HMP植物的有氧呼吸過程第三節(jié)電子傳遞與氧化磷酸化

物質(zhì)在生物體內(nèi)進行氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。此過程需耗氧、排出CO2，又在活細胞內(nèi)進行，故又稱細胞呼吸(cellularrespiration)。

生物氧化（biologicaloxidation）的概念

糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的一般過程物質(zhì)代謝代謝能量代謝

代謝與能量分解合成產(chǎn)能耗能體內(nèi)代謝體外燃燒生物氧化轉(zhuǎn)化物質(zhì)能量生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。生物氧化與體外氧化之區(qū)別1.溫度：體溫，~37度

高溫2.反應(yīng)溫和：酶促,逐步氧化,逐步放能,可調(diào)節(jié)反應(yīng)劇烈：短時間內(nèi)以光、熱能形式放能3.效率：以高能鍵儲存，40~55%

不能儲存，0%4.CO2來源：有機羧酸脫羧而來碳和氫直接與氧結(jié)合生成。

一、呼吸鏈的概念和組成三羧酸循環(huán)等脫下的氫被NAD+或FAD所接受。細胞內(nèi)的輔酶或輔基數(shù)量是有限的，必須將氫交給其它受體后，才能再次接受氫。在需氧生物中，氧氣便是這些氫的最終受體。1呼吸鏈(respiratorychain)是線粒體內(nèi)膜上由呼吸傳遞體組成的電子傳遞總軌道。線粒體中氧化磷酸化反應(yīng)的一般機理：在糖酵解的氧化步驟過程中釋放電子，一個檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生20個分子NADH和4分子FADH2。這些還原型輔酶隨后被線粒體電子傳遞鏈氧化。在氧化過程中釋放自由能。同時與氧化過程偶聯(lián)發(fā)生了質(zhì)子通過線粒體內(nèi)膜從基質(zhì)進入膜間空間，在內(nèi)膜上產(chǎn)生電化學(xué)質(zhì)子成分（ΔμH+）。接著，質(zhì)子經(jīng)過ATP合成酶復(fù)合物的F0質(zhì)子路徑返回跨過線粒體內(nèi)膜釋放的自由能被該復(fù)合物中F1成分上的催化反應(yīng)部位所利用。2.呼吸鏈的組成⑴呼吸傳遞體有五種酶復(fù)合體①復(fù)合體Ⅰ(NADH:泛醌氧化還原酶)②復(fù)合體Ⅱ(琥珀酸:泛醌氧化還原酶)③復(fù)合體Ⅲ(UQH2:細胞色素C氧化還原酶)④復(fù)合體Ⅳ(Cytc:細胞色素氧化酶)⑤復(fù)合體Ⅴ(ATP合成酶)呼吸鏈的組成四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體(complex)*泛醌和Cytc均不包含在上述四種復(fù)合體中。人線粒體呼吸鏈復(fù)合體ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-復(fù)合體Ⅰ又稱NADH∶泛醌氧化還原酶,含有25種蛋白質(zhì),包括以黃素單核苷酸(FMN)為輔基的黃素蛋白，多種鐵硫蛋白(Fe-s)和泛醌(UQ，又稱輔酶Q,CoQ)。功能催化線粒體基質(zhì)中由TCA循環(huán)產(chǎn)生的NADH＋H＋中的2個H＋經(jīng)FMN轉(zhuǎn)運到膜間空間，再經(jīng)過Fe-S將2個電子傳遞到UQ；UQ再與基質(zhì)中的H＋結(jié)合，生成還原型泛醌(UQH2)。抑制劑魚藤酮、殺粉蝶菌素A、巴比妥酸它們都作用于同一區(qū)域，都能抑制FeS簇的氧化和泛醌的還原。線粒體復(fù)合物I（NADH︰UQ氧化還原酶）的假想結(jié)構(gòu)與膜局部結(jié)構(gòu)復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅱ

又稱琥珀酸∶泛醌氧化還原酶,含有4～5種不同的蛋白質(zhì)，主要成分是琥珀酸脫氫酶(SDH)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、細胞色素b和3個Fe-S蛋白。功能

催化琥珀酸氧化為延胡索酸，并將H轉(zhuǎn)移到FAD生成FADH2，然后再把H轉(zhuǎn)移到UQ生成UQH2。抑制劑

2噻吩甲酰三氟丙酮(TTFA)線粒體復(fù)合物Ⅱ（琥珀酸︰泛醌）的假想結(jié)構(gòu)與膜局部結(jié)構(gòu)

復(fù)合體Ⅲ又稱UQH2∶細胞色素C氧化還原酶,分子量250×103，含有9～10種不同蛋白質(zhì)，一般都含有2個Cytb，1個Fe-S蛋白和1個Cytc1。功能催化電子從UQH2經(jīng)Cytb→FeS→Cytc1傳遞到Cytc，這一反應(yīng)與跨膜質(zhì)子轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)，即將2個H＋釋放到膜間空間。線粒體復(fù)合物Ⅲ（泛醌︰細胞色素c氧化還原酶）的假想構(gòu)成和膜局部構(gòu)造

復(fù)合體Ⅳ

又稱Cytc∶細胞色素氧化酶，含有多種不同的蛋白質(zhì)，主要成分是Cyta和Cyta3及2個銅原子，組成兩個氧化還原中心，第一個中心是接受來自Cytc的電子受體，第二個中心是氧還原的位置。它們通過Cu+→Cu2+的變化，在Cyta和Cyta3間傳遞電子。功能將Cytc中的電子傳遞給分子氧，氧分子被Cyta3、CuB還原至過氧化物水平；然后接受第三個電子，O-O鍵斷裂，其中一個氧原子還原成H2O；在另一步中接受第四個電子，第二個氧原子進一步還原。抑制劑CO氰化物(CN-)、疊氮化物(N3-)同O2競爭與Cytaa3中Fe的結(jié)合，可抑制從Cytaa3到O2的電子傳遞。功能：將電子從細胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。線粒體復(fù)合物Ⅳ（細胞色素c氧化酶）的假想結(jié)構(gòu)和膜局部結(jié)構(gòu)

復(fù)合體Ⅴ又稱ATP合成酶或H+-ATP酶復(fù)合物。由8種不同亞基組成兩個蛋白質(zhì)復(fù)合體(F1-F0)。功能

F1從內(nèi)膜伸入基質(zhì)中，突出于膜表面，具有親水性，酶的催化部位就位于其中。F0疏水，嵌入內(nèi)膜磷脂之中，內(nèi)有質(zhì)子通道，它利用呼吸鏈電子傳遞產(chǎn)生的質(zhì)子動力，將ADP和Pi合成ATP，也能催化ATP水解。ATP合成酶示意圖示傳遞質(zhì)子的F0單位和合成ATP的F1單位⑵呼吸傳遞體有兩大類：①氫傳遞體:NAD＋、FMN、FAD、UQ等,既傳遞電子也傳遞質(zhì)子；②電子傳遞體:細胞色素系統(tǒng)和某些黃素蛋白、鐵硫蛋白，只傳遞電子。UQ(泛醌、輔酶Q、CoQ)脂溶性的苯醌衍生物，能在膜脂質(zhì)內(nèi)自由移動，通過醌/酚結(jié)構(gòu)互變，在復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ之間傳遞質(zhì)子和電子.還原的泛醌在把電子傳給Cyt時把H＋釋放至膜間空隙，這對膜內(nèi)外質(zhì)子梯度的建立起重要作用。細胞色素一類含有鐵卟啉基團的電子傳遞蛋白，以Cyta、b、c等表示，呼吸鏈最末端的Cyta3稱細胞色素氧化酶，可將電子傳至氧分子。呼吸鏈傳遞體傳遞電子的順序是：代謝物→NAD→FMN→UQ→細胞色素系統(tǒng)→O2NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈電子傳遞鏈基質(zhì)中NADH＋H＋

的2個H傳至復(fù)合體Ⅰ的FMN再傳至FeS，F(xiàn)eS只傳遞電子,2個H＋轉(zhuǎn)運到膜間空間;2個電子傳到UQ,UQ與基質(zhì)中的2H＋

結(jié)合，UQH2將2個電子傳遞到復(fù)合體Ⅲ,2個H＋釋放到膜間空間。電子經(jīng)Cytb→FeS→Cytc1傳到Cytc，再傳遞給復(fù)合體Ⅳ經(jīng)Cyta和Cyta3，由Cyta3(細胞色素氧化酶）把電子傳遞給O2生成H2O。琥珀酸氧化時生成的FADH2上的H經(jīng)復(fù)合體Ⅱ轉(zhuǎn)移到UQ由以下實驗確定①標準氧化還原電位②拆開和重組③特異抑制劑阻斷④還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧呼吸鏈成分的排列順序呼吸鏈中各物質(zhì)在氧化還原作用中的位置

二、氧化磷酸化（一）概念氧化磷酸化線粒體內(nèi)膜上電子從NADH或FADH2經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給分子氧生成水,并偶聯(lián)ADP和Pi生成ATP的過程。

需氧生物合成ATP的主要途徑。電子沿呼吸鏈由低電位流向高電位是個逐步釋放能量的過程。電子在兩個電子傳遞體之間傳遞轉(zhuǎn)移時釋放的能量如可滿足ADP磷酸化形成ATP的需要時,即可視為氧化磷酸化的偶聯(lián)部位或氧化磷酸化位點。*定義氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。

底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)

是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。P/O比-每消耗一個氧原子有幾個ADP變成ATP。P/O比為氧化磷酸化作用的活力指標。呼吸鏈從NADH開始至氧化成水，可形成3分子的ATP，即P/O比是3。如從琥珀酸脫氫生成的FADH2通過泛醌進入呼吸鏈,則只形成２分子的ATP，即P/O比是2。2mol電子從NADH傳遞到O2這一氧化過程中,自由能變化△G°′為-220kJ·mol-1。ADP磷酸化形成ATP至少需要35.1kJ·mol-1的能量，電子從NADH到UQ之間△G°′為-51.90kJ·mol-1(部位I),從Cytb到Cytc之間△G°′為-38.5kJ·mol-1(部位Ⅱ)，從Cytaa3到O2之間△G°′為-103.81kJ·mol-1(部位Ⅲ）,這樣在三個部位釋放的能量都足以合成1molATP。（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機理1.化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)

電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖化學(xué)滲透假說目錄ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細示意圖化學(xué)滲透偶聯(lián)機制示意圖化學(xué)滲透學(xué)說的實驗證據(jù)當(dāng)把線粒體懸浮在無O2緩沖液中,通入O2時，介質(zhì)很快酸化，跨膜的H+濃度差可以達到1.5pH單位，電勢差達0.5V，內(nèi)膜的外表面對內(nèi)表面是正的,并保持相對穩(wěn)定，證實內(nèi)膜不允許外側(cè)的H+滲漏回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)。但當(dāng)加入解偶聯(lián)劑2,4-二硝基苯酚(DNP)時，跨膜的H+濃度差和電勢差就不能形成，就會阻止ATP的產(chǎn)生。ATP生成過程中構(gòu)造變化F1復(fù)合物有三個核苷酸結(jié)合位點。每一部位有三種完全不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。松散的核苷酸結(jié)合部位（L），緊密核苷酸結(jié)合部位（T）和開放核苷酸結(jié)合部位（O）。在任何時候。F1復(fù)合物包括這三種不同的結(jié)構(gòu)，其中有一個與酶復(fù)合物的每一個催化中心相連。ADP和Pi開始被結(jié)合到開放狀態(tài)未被占有的部位（1）質(zhì)子運動通過F0釋放能量引起γ亞單位旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)自發(fā)改變了三個核苷酸結(jié)合位點的構(gòu)造。結(jié)合有ATP的T型被轉(zhuǎn)變成O型，ATP被釋放出來。同時，結(jié)合有ADP和Pi的L型被轉(zhuǎn)化成T型，疏水性的結(jié)合正有利于ATP生成。結(jié)合ADP和Pi的開放部位轉(zhuǎn)化或松散型結(jié)構(gòu)（2）。被緊密結(jié)合的ADP和Pi轉(zhuǎn)化生成ATP，此步驟不需消耗能量和構(gòu)型改變（3）圖5-14ATP生成過程中構(gòu)造變化的模型

（三）氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑

線粒體電子傳遞鏈的抑制劑。圖中表示了每一線粒體電子傳遞復(fù)合物的特定抑制劑及抑制劑競爭結(jié)合的底物。影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈抑制劑

阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白3.氧化磷酸化抑制劑

對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素抑制劑1、呼吸電子傳遞鏈抑制劑：復(fù)合體Ⅰ為魚藤酮所抑制。復(fù)合體Ⅱ為萎秀靈、丙二酸、戊二酸所抑制。復(fù)合體ⅢCytb→Cytc1之間為抗菌素A所抑制。復(fù)合體ⅣCO、氰化物(CN-)、疊氮化物(N3-)等同Cyta3中Fe的結(jié)合，抑制從Cyta3到O2的電子傳遞。復(fù)合體Ⅴ被寡霉素所抑制，寡霉素可以阻止膜間空間中的H+通過ATP合成酶的Fo進入線粒體基質(zhì).這是因為像寡霉素(oligomycin)這一類的化學(xué)物質(zhì)可以阻止膜間空間中的H+通過ATP合成酶的Fo進入線粒體基質(zhì)，這樣不僅會阻止ATP生成，還會維持和加強質(zhì)子動力勢,對電子傳遞產(chǎn)生反饋抑制,O2的消耗就會相應(yīng)減少。魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點2.解偶聯(lián)劑(uncoupler)解除電子傳遞與磷酸化反應(yīng)之間偶聯(lián)的試劑。常見的解偶聯(lián)劑有2,4-二硝基酚(DNP)，在酸性環(huán)境中，DNP接受質(zhì)子后成為不解離的形式而變?yōu)橹苄裕瑫r將一個H+從膜外帶入膜內(nèi)，從而破壞了跨內(nèi)膜的質(zhì)子梯度，抑制了ATP的生成。其他一些酸性芳香族化合物也有這樣的作用。解偶聯(lián)時會促進電子傳遞的進行，O2的消耗加大。3.離子載體抑制劑(ionophoredepressant)離子載體抑制劑與解偶聯(lián)劑的區(qū)別在于它不是H+載體，而是可能和某些陽離子結(jié)合，生成脂溶性的復(fù)合物，并作為離子載體使這些離子能夠穿過內(nèi)膜，這樣就增大了內(nèi)膜對某些陽離子的通透性，而破壞氧化磷酸化過程。例如纈氨霉素(valinomycin)與K＋形成脂溶性的復(fù)合物容易使K＋通過內(nèi)膜進入基質(zhì)，又如短桿菌肽(gramicidin)可使K＋、Na和其他一些一價陽離子穿過膜，而抑制氧化磷酸化過程。4.ATP合酶抑制劑寡霉素(oligomycin)可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP四、末端氧化酶(terminaloxidase）的多樣性末端氧化酶-處于生物氧化一系列反應(yīng)的最末端的氧化酶.研究得比較清楚的有：線粒體內(nèi)膜上:細胞色素氧化酶和抗氰氧化酶;細胞質(zhì)中的：酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶過氧化體中的乙醇酸氧化酶等。1.細胞色素氧化酶

(cytochromeoxidase)Cytaa3以復(fù)合物的形式存在,是最主要的末端氧化酶，作用是從細胞色素c接受電子傳遞給O2生成H2O。在幼嫩組織中較活躍;與氧的親和力最高，易受CN-、CO和N3-的抑制。細胞色素類都以血紅素作為輔基，使這類蛋白具有紅色或褐色。細胞色素類為含鐵的電子傳遞體，鐵原子處于卟啉的結(jié)構(gòu)中心，構(gòu)成血紅素(heme），細胞色素b1、c、c1含有鐵原卟啉Ⅸ，細胞色素a和a3含有一個被修飾的血紅素，稱為血紅素A，它和血紅素不同的是在第8位以一個甲?；婕谆?，在第2位上以一個長的疏水基代替乙烯基。2.交替氧化酶又名抗氰氧化酶作用是將經(jīng)UQH2、FP的電子傳給O2生成H2O。交替氧化酶的分子量為27×103～37×103，F(xiàn)e2+是其活性中心的金屬。該酶對O2的親和力高，易被水楊基氧肟酸(SHAM)所抑制。（1）抗氰呼吸的電子傳遞途徑及其特性1929Genevois在豌豆觀察到抗氰性，湯佩松在1932年報導(dǎo)了CO不能完全抑制羽扇豆細胞對氧氣的吸收。在氰化物存在條件下仍運行的呼吸作用稱為抗氰呼吸，也即是對氰化物不敏感的那一部分呼吸。抗氰呼吸可以在某些條件下與細胞色素電子傳遞主路(CP)交替運行，抑制正常電子傳遞途徑就可促進抗氰呼吸的發(fā)生，因此，抗氰呼吸又稱為交替途徑(alternativepathwayAP電子自NADH脫下后,經(jīng)FMN—FeS傳遞到UQ，然后不是進入細胞色素電子傳遞系統(tǒng)，而是從UQ處分岔，經(jīng)FP和交替氧化酶(alternativeoxidaseAO,也即抗氰氧化酶),把電子交給分子氧.該途徑可被魚藤酮抑制，不被抗霉素A和氰化物抑制，其P/O比為1或低于1。用非典型的抗氰植物小麥為材料，通過改變其生理條件（如不同氧分壓）而導(dǎo)致高度抗氰支路的形成。用乙烯處理甘薯切片，細胞線粒體內(nèi)膜磷脂減少，抗氰呼吸顯著增強。表明呼吸電子傳遞途徑是可以改變的。在高等植物中抗氰呼吸是廣泛存在的,例如天南星科、睡蓮科和白星海芋科的花器官與花粉，玉米、水稻、豌豆、綠豆和棉花的種子、馬鈴薯的塊莖、甘薯的塊根和胡蘿卜的根等。此外在黑粉菌、酵母菌（許多真菌、藻類、原生動物、酵母）等多種微生物中也發(fā)現(xiàn)有抗氰呼吸的存在?？骨韬粑m然普遍,但并非存在于所有植物中，而且抗氰的程度也有很大差別?？骨韬粑幼钪目骨韬粑邮翘炷闲强浦参锏姆鹧婊ㄐ?，它的呼吸速率很高，O2的吸收可達每g鮮重15000～20000μl·g-1·h-1，比一般植物呼吸速率快100倍以上，同時由于呼吸放熱，可使組織溫度比環(huán)境溫度高出10～20℃?？骨韬粑址Q為放熱呼吸。海

竽

Alocasiamacrorrhiza(Linn.)Schott天南星科是單子葉植物中主產(chǎn)于熱帶的大科。本科多為蔭濕環(huán)境下的多汁草本植物，大型佛焰苞包圍的肉穗花序是本科的重要特征。以海竽為例，看佛焰苞和肉穗花序?；ê蠊蚣t色艷麗，亦具有觀賞意義。海竽屬大型草本，葉盾狀著生，闊卵形，基部心狀箭形，佛焰苞粉綠色。生蔭濕林下，有毒植物，根莖亦入藥。玉簪

白鶴草花燭

南蛇棒（2）抗氰呼吸的生理意義

1.放熱增溫，促進植物開花、種子萌發(fā)抗氰呼吸釋放大量熱量，有助于某些植物花粉的成熟及授粉、受精過程；有利于揮發(fā)引誘劑(如NH3、胺類、吲哚等），以吸引昆蟲幫助傳粉。放熱增溫也有利于種子萌發(fā)。2.增加乙烯生成，促進果實成熟，促進衰老抗氰呼吸的出現(xiàn)常與衰老相聯(lián)系。隨著植株年齡的增長、果實的成熟，抗氰呼吸隨之升高。同時，乙烯與抗氰呼吸上升有平行的關(guān)系。乙烯刺激抗氰呼吸，誘發(fā)呼吸躍變產(chǎn)生，促進果實成熟和植物組織器官衰老。3.在防御真菌的感染中起作用

甘薯塊根組織受到黑斑病菌侵染后抗氰呼吸成倍增長，而且抗病品種感染組織總是明顯高于感病品種感染組織.4.分流電子當(dāng)細胞含糖量高(如光合作用旺盛)，EMP-TCA循環(huán)迅速進行時，交替氧化酶活性很高。交替途徑起到了分流電子的作用。3.酚氧化酶(phenoloxidase)也稱多酚氧化酶、酚酶，普遍存在的質(zhì)體、微體中，可催化分子氧對多種酚的氧化，酚氧化后變成醌，并進一步聚合成棕褐色物質(zhì)。(1)酚酶與植物的“愈傷反應(yīng)”有關(guān)系植物組織受傷后呼吸作用增強，這部分呼吸作用稱為“傷呼吸”(woundrespiration)。傷呼吸把傷口處釋放的酚類氧化為醌，而醌類往往對微生物是有毒的，這樣就可避免感染。當(dāng)蘋果或馬鈴薯被切傷后，傷口迅速變褐，就是酚氧化酶的作用。在沒有受到傷害的組織細胞中，酚類大部分都在液泡中，酚酶在質(zhì)體中，底物與酶不在一處，所以酚類不被氧化。(2)酚酶與植物的呈色、褐變有關(guān)在制茶，烤煙和水果加工中都要根據(jù)酚酶的特性加以利用在制茶工藝上酚酶是決定茶品質(zhì)的關(guān)鍵酶類：綠茶：鮮葉經(jīng)殺青－揉捻－干燥3個工序殺青：100－300℃，破壞酚酶活性，保留較多的葉綠素、多酚類、維生素C等揉捻：使葉卷成條形，破壞其組織，以利于沖泡浸出茶汁，干燥：可用炒、烘或曬3種方法除去水分。

紅茶：鮮葉經(jīng)萎淍－揉捻－發(fā)酵－干燥4個工序萎淍：將鮮葉攤成薄層，水分蒸發(fā)，脫去20%-30%的水，增強酶活性，以利多酚類氧化揉捻：要求對葉細胞組織有較大的破壞，使酚類和酚酶與空氣充分接觸發(fā)酵：使多酚類的沒食子茶素及其沒食子酸酯先行氧化為鄰醌，再逐步氧化縮合，成為茶黃素和茶紅素（20－40℃）干燥：蒸發(fā)水分，破壞酶活性，固定發(fā)酵過程中形成的有效物質(zhì)?？緹熂庸ぃ嚎緹熯_到變黃末期，要采取使煙葉迅速脫水的措施，抑制酚酶的活性，防止煙草中存在的多酚類物質(zhì)(如咖啡酸、綠原酸)被氧化成黑色，保持煙葉鮮明的黃色，提高烤煙的品質(zhì)。水果加工為了防止水果褐變，保持水果的新鮮性，生產(chǎn)上運用多種方法來降低水果中酚酶的活性，例如，加熱，絕氧、調(diào)節(jié)pH、抗氧化劑等如杏用沸水燙4分鐘基本控制酚酶活性；酚酶的最適pH為6-7，<3無活性，加以抗壞血酸、檸檬酸為主劑的復(fù)合護色劑等。加抗壞血酸600mg/kg水果制品，能有效防止褐變。4.抗壞血酸氧化酶

(ascorbateoxidase)催化分子氧將抗壞血酸氧化為脫氫抗壞血酸，它存在于細胞質(zhì)中或與細胞壁相結(jié)合。它可以通過谷胱甘肽而與某些脫氫酶相偶聯(lián)，抗壞血酸氧化酶還與PPP中所產(chǎn)生的NADPH起作用，可能與細胞內(nèi)某些合成反應(yīng)有關(guān)。5.乙醇酸氧化酶(glycolateoxidase)-把乙醇酸氧化為乙醛酸并產(chǎn)生H2O2。乙醇酸氧化酶所催化的反應(yīng)，可與某些底物的氧化相偶聯(lián)。光呼吸代謝途徑中它在過氧化體中催化乙醇酸氧化為乙醛酸，且與甘氨酸的合成有關(guān)。在水稻根部特別是根端部分活性最強，產(chǎn)生H2O2放出O2，使根系周圍保持較高的氧化狀態(tài)，氧化各種還原物質(zhì)，使水稻能順利地在水中生長。線粒體外的氧化酶僅起輔助作用，因為：(1)與氧化磷酸化不相偶聯(lián)，不能產(chǎn)生可利用的能量，(2)與氧的親和力都較低，(3)正常情況下，呼吸被CN-、CO等所抑制，表明電子傳遞的末端氧化酶主要是細胞色素氧化酶。線粒體外末端體系的作用或特點(1)催化某些特殊底物的氧化還原反應(yīng)，(2)可能能除去細胞中過多的特別是激活形式的氧分子，(3)由于植物體內(nèi)含有多種呼吸氧化酶，這就使植物能適應(yīng)各種外界條件。五、呼吸鏈電子傳遞多條途徑在高等植物中的呼吸鏈電子傳遞具有多種途徑，使呼吸能適應(yīng)環(huán)境的變化，這是進化的表現(xiàn)。至少有下列五條植物中雖然存在多種電子傳遞途徑，但是細胞色素途徑和交替途徑是主要的兩條途徑。有人證明在水稻幼苗線粒體中同時存在著四條不同的電子傳遞途徑，并認為這是水稻這種半沼澤植物能適應(yīng)不同水分生態(tài)條件的重要原因。1.電子傳遞主路即細胞色素系統(tǒng)途徑，分布最廣泛。2.電子傳遞支路之一脫氫酶的輔基是一種黃素蛋白(FP2)，電子從NADH上脫下后經(jīng)FP2直接傳遞到UQ,不被魚藤酮抑制，但對抗霉素A、氰化物敏感，其P/O比為2或略低于2。3.電子傳遞支路之二脫氫酶的輔基是另外一種黃素蛋白(FP3),其P/O比為2。其他與支路之一相同。4.電子傳遞支路之三脫氫酶的輔基是另外一種黃素蛋白(FP4),電子自NADH脫下后經(jīng)FP4和Cytb5直接傳遞給Cytc,對魚藤酮、抗霉素A不敏感，可被氰化物所抑制，其P/O比為１。5.交替途徑即抗氰呼吸，電子由交替氧化酶傳至氧。植物呼吸鏈不同電子傳遞途徑示意圖第四節(jié)呼吸過程中能量的貯存