北大植物生物学课件第15讲 呼吸作用

呼吸作用RespirationzzRespirationistheprocessoftakingcomplexcarboncompounds,bRespirationistheprocessoftakingcomplexcarboncompounds,breakingreakingthemdownintosimplermolecules,andsimultaneouslygeneratingthemdownintosimplermolecules,andsimultaneouslygeneratingthetheATPusedtopowerothermetabolicprocess.ATPusedtopowerothermetabolicprocess.TypesofRespiration呼吸作用的类型CellrespirationisinfactaprocessofoxidationCellrespirationisinfactaprocessofoxidation--reductionreductionreaction,anditcouldbeclassifiedintotwotypesbasedonreaction,anditcouldbeclassifiedintotwotypesbasedontheterminalelectronacceptorinthereaction:theterminalelectronacceptorinthereaction:zzAerobicrespirationAerobicrespiration有氧呼吸有氧呼吸————TheterminalelectronTheterminalelectronacceptorisacceptorisoxygenintherespiration.intherespiration.zzAnaerobicrespirationAnaerobicrespiration无氧呼吸无氧呼吸————UndertheconditionUndertheconditionwithoutoxygen,theterminalelectronacceptorisother,theterminalelectronacceptorisotheralternatives.alternatives.zzTheterminalelectronacceptoristheTheterminalelectronacceptoristheintermediatesofofthemetabolicpathwaythemetabolicpathway————Fermentation(Fermentation(发酵发酵))zzTheterminalelectronacceptorisonekindofTheterminalelectronacceptorisonekindofoutsideacceptor(butnotoxygen),e.g.NO,e.g.NO33--,NO,NO22--,SO,SO4422--,CO,CO22andsoon.andsoon.有氧呼吸AerobicRespiration有氧呼吸——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CO2并形成水，同时释放能量的过程。葡萄糖是植物细胞呼吸最常利用的物质，因此呼吸作用的过程可简示如下：zz糖酵解糖酵解glycolysisglycolysiszz三羧酸循环，简称三羧酸循环，简称TACTAC环环tricarboxylictricarboxylicacidacidcyclecyclezz电子传递及氧化磷酸化电子传递及氧化磷酸化electrontransportelectrontransportandoxidativeandoxidativephosphorylationphosphorylation★在有氧呼吸过程中，葡萄糖最终被氧化成CO2，O2则被还原为H2O！AerobicRespirationzzRepresentsaseriesofreactionsinwhichHatomsRepresentsaseriesofreactionsinwhichHatomsandelectronsaremovedfrommoleculetomoleculeandelectronsaremovedfrommoleculetomoleculezzTheseareenergytransformationreactionsTheseareenergytransformationreactionszzOriginalenergyfromfoodtransferredviaHOriginalenergyfromfoodtransferredviaH++andelectronsandelectronszzEnergyendsupinATPEnergyendsupinATPzzHH++andelectronsendupinOandelectronsendupinO22toformHtoformH22OOAerobicRespiration线粒体Mitochondrion线粒体通过氧化磷酸化合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。因此，线粒体被称为细胞内的“能量工厂”。线粒体约有140余种酶，分布在各个结构组分中。zz外膜外膜outermembraneoutermembranezz膜间隙膜间隙intermembraneintermembranespacespacezz内膜内膜innermembraneinnermembranezz嵴嵴cristaecristaezz基粒基粒elementaryparticleelementaryparticle((如如FF11--FF00ATPATP酶颗粒）酶颗粒）zz基质基质matrixmatrix酶Enzyme酶是一类特殊的蛋白质酶是一类特殊的蛋白质((核酶核酶ribozymeribozyme除外除外))，它可降低化学反应所，它可降低化学反应所需的活化能需的活化能((energyofactivationenergyofactivation),),因此它是一种催化剂因此它是一种催化剂（（catalystcatalyst））。。ATP合成酶ATPsynthaseATP合成酶((又称又称FF11--FF00ATPATP酶）酶）是一种含有至少9条多肽链的复合体z头部——构成头部的成分为F1因子，为水溶性球蛋白组成。它的主要功能是调节ATP酶的活力。z膜部——构成膜部的成分为F0因子，由嵌入线粒体内膜的蔬水蛋白组成。它对质子的进出内膜有调控作用。z柄部糖酵解Glycolysis糖酵解，亦称为EMP途径（为纪念德国三位生物化学家：G.Embden,O.Meyerhof和J.K.Parnas而命名）——指淀粉、葡萄糖或其它6碳糖类在无氧状态下分解成丙酮酸pyruvate的过程。)糖酵解是在细胞质进行的！zzGlycolysisGlycolysiszzMeanssplittingofsugarMeanssplittingofsugarzz66--Cglucosesplitintotwo3Cglucosesplitintotwo3--CmoleculesCmoleculeszzSomeSome‘‘truckstrucks’’(NADH)loaded(NADH)loadedzzProduces4ATPmoleculesProduces4ATPmoleculeszzTwoareusedtostartTwoareusedtostartglycolysisglycolysiszzNetprofitof2Netprofitof2ATPsATPszzIncytoplasmIncytoplasmzzAnaerobicAnaerobiczzEndupwith2Endupwith2pyruvicpyruvicacidmoleculesacidmoleculeszzWhichstillcontainmostofthepotentialenergyWhichstillcontainmostofthepotentialenergycontainedinglucosecontainedinglucosezzTwostagesTwostages--likeabusinesslikeabusinesszzHavetoinvesttoseeaprofitHavetoinvesttoseeaprofitGlycolysis糖酵解Glycolysiszz糖酵解是一切有机体细胞共同的代谢途径。糖酵解是一切有机体细胞共同的代谢途径。zz糖酵解为糖酵解为1111种酶所催化的一系列生化反应。种酶所催化的一系列生化反应。zz一分子葡萄糖经糖酵解后，生成一分子葡萄糖经糖酵解后，生成22分子丙酮酸；同时分子丙酮酸；同时净获得净获得22个个ATPATP和和22个个NADHNADH（（还原型辅酶还原型辅酶II）。）。zz从能量来看，糖酵解释放的能量仅为葡萄糖分子所从能量来看，糖酵解释放的能量仅为葡萄糖分子所含能量的含能量的20%20%，，80%80%仍保留在酵解的终产物丙酮酸仍保留在酵解的终产物丙酮酸中。中。丙酮酸的去向？WheredoesPyruvatego?丙酮酸丙酮酸————是细胞物质和能量代谢中一个重要的中间产物。是细胞物质和能量代谢中一个重要的中间产物。从丙酮酸开始的代谢途径取决于细胞当时的条件和有机体从丙酮酸开始的代谢途径取决于细胞当时的条件和有机体种类及组织的类型。种类及组织的类型。z在有氧的条件下，丙酮酸被完全氧化丙酮酸被完全氧化分解，最终形成分解，最终形成COCO22和和HH22OO。。这就是有这就是有氧呼吸。氧呼吸。z在无氧的条件下，丙酮酸被还原成乙丙酮酸被还原成乙醇或乳酸，释放出少量的能量。这样，它醇或乳酸，释放出少量的能量。这样，它和糖酵解就形成了无氧呼吸。和糖酵解就形成了无氧呼吸。有氧呼吸途径PathwayofAerobicRespirationz糖酵解产生的丙酮酸，从细胞的基质跨越线粒体的外、内膜，进入到线粒体的基质中。z2分子的丙酮酸经氧化、脱羧，并与辅酶A（CoA）形成2分子的乙酰辅酶A。z乙酰辅酶A是三羧酸循环的起始低物。z乙酰辅酶A不仅是糖类代谢的中间产物，也是油脂和某些氨基酸的代谢产物。zzPyruvicPyruvicacidmustbepreppedforthenextacidmustbepreppedforthenextstep(Krebscycle)step(Krebscycle)zzPyruvicPyruvicacidisbrokendowntoaceticacidacidisbrokendowntoaceticacid--a2a2--CmoleculeCmoleculezzEnergyreleasedfromthisloadsNADHEnergyreleasedfromthisloadsNADHzzCOCO22isreleasedisreleasedzzAnothercarriermoleculecoenzymeAAnothercarriermoleculecoenzymeAzzTakestheaceticacidtotheKrebscycleTakestheaceticacidtotheKrebscyclezzDropsitoffandgoesbackforanotherDropsitoffandgoesbackforanother丙酮酸氧化脱羧反应丙酮酸氧化脱羧形成丙酮酸氧化脱羧形成乙酰辅酶乙酰辅酶AA的反应是在线粒体基质中进的反应是在线粒体基质中进行的，这是一个连接糖酵解和三羧酸循环的中心环节。此反行的，这是一个连接糖酵解和三羧酸循环的中心环节。此反应是在丙酮酸脱氢酶催化下进行的，在形成乙酰辅酶应是在丙酮酸脱氢酶催化下进行的，在形成乙酰辅酶AA的同的同时，还产生时，还产生11分子的分子的COCO22和和11分子