农学专业课考研-植物生化之一-生物氧化.doc

腺苷三磷酸的活化形式：MgATP2-。能荷：(ATP+1/2ADP)/(ATP+ADP+AMP)。即ATP-ADP-AMP系统中可利用的高能磷酸键的度量。低能荷促ATP合成，高能荷抑制ATP合成。细胞中腺苷酸库是恒定的，若全部腺苷酸都呈ATP状态，则该细胞充满能量；若全部ATP和ADP水解为AMP，则细胞的能量完全被放出。高能化合物：高能磷酸化合物：ATP、ADP、1,3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸；氮磷键型（磷酸肌酸）；硫酯键型：酰基COA、S-腺苷甲硫氨酸(SAM)。生物氧化：细胞内有机物氧化分解成CO2水ATP。生物氧化的条件：正常体温、生理pH、水、酶。生物氧化的特点：系列连续反应，逐步氧化放能，能量储存在ATP中。生物氧化的过程：生物大分子乙酰CoA（TCA循环）（线粒体电子传递）。氧化磷酸化：伴随生物氧化，F0F1-ATP合酶利用线粒体电子传递释放的能量，将ADP和Pi合成ATP。底物磷酸化：利用底物生成的高能化合物中的能量合成ATP。燃烧和生物氧化的区别：燃烧在高温条件下进行，过程快速而剧烈；以热和光的形式将能量释放出来；生物氧化在细胞内正常体温、生理pH、有水环境和酶的催化下，经系列连续的化学反应逐步释放能量；释放的能量储存在ATP中。氧化磷酸化的作用：主要能量来源；中间产物用于蛋白质脂肪维生素激素合成；糖蛋白质脂类核酸的共同代谢途径；提高抗病性(分解病原菌毒素)。真核细胞糖酵解产生的NADH进入线粒体的磷酸甘油穿梭途径：NADH在3-磷酸甘油脱氢酶催化下将电子转移给3-磷酸甘油；3-磷酸甘油跨线粒体内膜；3-磷酸甘油在3-磷酸甘油脱氢酶催化下将电子转移给FADH2。线粒体电子传递链：从NADH、FADH2开始、按标准氧化还原电势，由低到高、系列电子传递体，线粒体内膜上。线粒体电子传递链的电子入口：NADH（苹果酸、异柠檬酸、-酮戊二酸产物）、FADH2（琥珀酸产物）。线粒体电子传递链的电子传递体：酶复合体（、）。酶复合体、的作用：质子泵，传递电子的过程中产生质子梯度。酶复合体：NADH脱氢酶。酶复合体：细胞色素bc1复合体。酶复合体：细胞色素c氧化酶；酶复合体：琥珀酸脱氢酶。CoQ（Q）：非蛋白质，活动性强。Cyt c：膜外周蛋白，单亚基。末端氧化酶Cyt aa3：最终电子受体O2。氧化磷酸化与电子传递的关系：电子传递是氧化磷酸化所必需的，氧化磷酸化影响电子传递。用电子传递的氧消耗曲线和氧化磷酸化的ATP合成曲线证明电子传递与氧化磷酸化的关系： 电子传递需要底物（琥珀酸/苹果酸）：无电子传递底物，有氧化磷酸化底物无电子传递；有电子传递底物，无氧化磷酸化底物有电子传递。电子传递受氧化磷酸化影响：有电子传递底物，有氧化磷酸化底物，有氧化磷酸化抑制剂电子传递减弱。氧化磷酸化既需要底物又需要电子传递：无氧化磷酸化底物，有电子传递底物无氧化磷酸化；有氧化磷酸化底物，无电子传递底物无氧化磷酸化；有氧化磷酸化底物，有电子传递底物有氧化磷酸化。有氧化磷酸化底物，有电子传递底物，有电子传递抑制剂无氧化磷酸化。氧化磷酸化与电子传递相偶联的解说：化学渗透学说（电子传递释放能量，储存在质子梯度中，用于氧化磷酸化）。质子梯度形成过程：电子传递过程中，酶复合体将线粒体基质侧底物上的质子泵入膜内空间。化学渗透学说的实验证据：线粒体内膜对质子不通透；完整线粒体才能“通过电子传递产生质子梯度，用于氧化磷酸化”：经鉴定的完整线粒体、电子传递底物、氧化磷酸化底物有氧化磷酸化；超声波破坏的线粒体碎片、电子传递底物、氧化磷酸化底物无氧化磷酸化；存在底物时，有无氧化磷酸化取决于有无质子梯度：有氧化磷酸化底物，有电子传递底物有氧化磷酸化。有氧化磷酸化底物，有电子传递底物，有解偶联剂(无质子梯度)无氧化磷酸化；有氧化磷酸化底物，无电子传递底物，有人为质子梯度有氧化磷酸化；F0F1-ATP合酶的构象转化原理：F0是质子通道，F1由和组成。质子通过F0时，旋转，紧张（形成- ADP-Pi）、松弛（形成-ATP）、开放（释放ATP,耗能）。合酶：连接（能量来自质子流）、裂解。F1-ATP合酶（F0F1-ATP合酶的水溶性部分）：不能合成ATP，只能水解ATP。合成酶：连接（能量来自ATP）。解偶联剂（DNP）：通过破坏跨线粒体内膜的质子梯度，将线粒体氧化磷酸化和电子传递两个过程分开，使电子传递可以进行（氧不断被消耗），但氧化磷酸化不能进行。DNP（2,4-二硝基苯酚）：是一种疏水性物质，可以在膜中自由移动；又是一种弱酸，可以解离出质子。DNP通过在线粒体内膜上的自由移动，将线粒体电子传递过程中泵出的质子再带回线粒体内，严重破坏跨线粒体内膜的质子梯度，从而切断氧化磷酸化和成ATP的驱动力。但由于DNP不影响电子传递链本身的功能，因此DNP存在时线粒体电子传递可以照常进行。生物体内解偶联蛋白的作用：使新生动物和冬眠动物能自发产生热量、保持体温。线粒体电子传递抑制剂的作用实质：通过抑制电子传递酶复合体的活性，使来自高还原力（NADH或FADH2）的电子无法传递给最终的电子受体O2。专一性线粒体电子传递抑制剂种类：鱼藤酮安密妥（抑制NADH-Q还原酶活性，NADH不能传电子给CoQ）；抗霉素A（抑制QH2传电子给Cyt c1）；氰化物叠氮化物CO（抑制Cyt c传电子给O2）。氧化磷酸化抑制剂（寡霉素）的作用实质：通过作用于F0F1-ATP合酶抑制氧化磷酸化，间接而非直接地抑制电子传递，解偶联剂可解除寡霉素对电子传递的抑制。氧化还原电势法测呼吸链电子传递体的排列顺序：测不同传递体的氧化还原电势E、从低到高排列。差异光谱法测呼吸链电子传递体的排列顺序：原理：每种电子传递体有自己的特征吸收峰；同种电子传递体的还原态和氧化态的特征吸收峰有差异。步骤：提供线粒体内膜、电子传递底物，使电子传递体处于还原态；加入电子最终受体O2，测光谱变化；确定传递体变成氧化态的先后顺序，先变氧化态的靠近O2，后变的远离O2。专一性电子传递抑制剂法测呼吸链电子传递体的排列顺序：原理：被抑制组分前面的传递体处还原态，后面的传递体处氧化态。步骤：加入完整线粒体、O2、电子传递底物、抗霉素A，测氧化还原电势，Cyt a1/a3处氧化态， Cyt c处还原态，说明Cyt c在Cyt a1/a3上游。细胞色素途径：氢传递体和电子传递体交替分布。抗氰呼吸：不受CN-抑制，没有氢传递体,是一种交替途径。抗氰呼吸的意义：释放大量热协助物质挥发，引诱昆虫，有助于授粉；增加抗逆性；出现在呼吸跃变中，促果实成熟；糖含量高时,帮助细胞色素途径分流电子。证明植物体中存在抗氰呼吸的方法：加入细胞色素电子传递途经的抑制剂如KCN，仍能检测到植物的呼吸速率。测定交替氧化酶活性。末端氧化酶：细胞色素氧化酶(主)、抗氰氧化酶、抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶(增强抗病性)、乙醇酸氧化酶、黄素氧化酶(增强抗寒性)。植物呼吸代谢的调控机制： 巴斯德效应（糖酵解产物丙酮酸进入TCA循环产生的ATP和柠檬酸反过来抑制糖酵解的关键酶）； 丙酮酸有氧分解及TCA循环中多种酶的反馈调节； NADPH/NADP+的比例调节磷酸戊糖途径中6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶活性； 低能荷促ATP合成，高能荷抑制ATP合成。 植物缺P，氧化磷酸化受抑制，电子传递链进入交替途径；感病、受旱、衰老、ETH水杨酸诱导时交替途径明显加强。红外线CO2气体分析仪法测植物器官释放CO2速率：通过测定流经样品前后气流中CO2浓度差，计算样品CO2释放量。氧电极法测叶碎片细胞线粒体耗氧速率：溶液中的氧透过薄膜进入电极，在铂阴极上还原，同时在极间产生扩散电流，电流强弱与溶解氧浓度成正比。 微量呼吸检压法测细胞线粒体耗氧速率：在一密闭的定温定体积的系统中进行样品气体变化的测定。当气体被吸收时，反应瓶中气体分子减少，压力降低；反之，产生气体时，压力上升，通过测压计的测定后计算出产生的CO2或吸收O2的量。广口瓶（小篮子）法测种子呼吸速率：在密闭容器中植物材料呼吸放出的CO2被容器中的碱性溶液吸收，而后用标准的草酸溶液滴定剩余碱液，可计算出呼吸过程中CO2释放量。光下测定植物叶片呼吸速率的注意事项：应用黑布遮光，在消除光合作用影响的条件下测定叶片的呼吸作用。测抗坏血酸氧化酶和多酚氧化酶活性时，需用预冷磷酸缓冲液提取酶液，原因是：预冷的磷酸缓冲液可形成良好的缓冲环境，并防止研磨时释放的热量引起酶活性的降低计算多酚氧化酶活性时要减去抗坏血酸氧化酶活性，原因是：在O2存在下，多酚氧化酶可将多酚氧化为醌，抗坏血酸氧化酶又能进一步使醌夺取抗坏血酸上的质子还原为多酚。抗坏血酸的消耗量是多酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶共同作用的结果。昼夜温差大有利于作物积累干物质，原因是：呼吸作用受温度影响，植物有生长的最适温度，但植物始终保持在生长的最适温度下，植物体持续高呼吸速率会过多消耗底物。在生长季节，白天气温较高，利于作物进行光合作用多合成同化物，但在夜间气温较低时，可适当降低呼吸速率，以减少有机物的消耗。因此，昼夜温差大有利于作物积累干物质。温室或大棚生产中的注意事项：温室和大棚生产主要是为了提高温度，促进植物生长。应注意适当通风，调节昼夜温度，夜间适当降温，可避免过高温度造成有机物的消耗。粮油种子贮藏过程中的注意事项：粮油种子贮藏过程中，很多因素如温度、水分、氧气等都直接和间接地与种子呼吸代谢有关，从而影响种子的贮藏寿命和发芽力。在种子贮藏中通常主要是通过降低种子含水量来抑制呼吸作用，减少种子内贮藏物质的消耗，以延长种子的寿命或贮藏时间。如果种子含水量较高，温度又偏高，由于呼吸增强产生较多的水和热，使贮藏条件恶化，可造成种子霉烂变质。种子贮藏时，首先要把含水量降低到安全含水量以下，不同类型的种子其贮藏时要求的安全含水量有所不同。在种子贮藏过程中，在降低种子含水量的同时，配以低温、干燥、通风，可延长种子的贮藏时间。果实和蔬菜贮藏的注意事项：果蔬采后应尽量降低其呼吸作用。果蔬采后随着呼吸作用的进行干物质不断消耗，因此，使果蔬采后尽可能保持低的、又能维持正常的呼吸过程，是新鲜果蔬贮藏、运输的基本原则。降低温度：利用低温抑制呼吸进行，冷藏是果蔬贮藏的基本方法。不同种类的果蔬对贮藏温度的要求不同；控制湿度：要保持较高的湿度，避免果蔬萎蔫或皱缩；调节氧气浓度：在适宜的低温和湿度条件下，使贮藏环境保持适当低O2和高CO2浓度的方法，或充氮气，抑制ETH的产生，可以明显抑制果实呼吸作用和病菌的活动，抑制果实的呼吸跃变。呼吸跃变的出现标志着果实的完熟，并进入衰老。因此，延缓果蔬呼吸跃变的出现，即可延长果树的贮藏时间。油料种子应浅播，原因是：油料种子中含脂肪多，萌发时，耗氧多，呼吸商小，种子如果播种过深会影响正常的有氧呼吸，对物质转化和器官的形成都不利，特别是根的生长和分化会受到明显的抑制。植物受涝害的原因：淹水导致缺氧，抑制有氧呼吸，植物只能通过无氧呼吸来维持生命活动。无氧呼吸产能少，为了提供维持生命活动所需的基本能量，无氧呼吸的速率明显加快，导致有机物质大量消耗和乙醇积累，使植物根系受害甚至死亡，吸水能力明显减弱，地上部分表现出生理干旱，光合降低甚至停止，有机物的分解大于合成，生长受阻，产量下降。严重时会导致作物死亡。夏季淹水比冬季淹水危害更大，原因是：夏天由于温度高，遭水淹时呼吸速率增加更快，有机物的消耗更多，乙醇积累量更大，因而夏天淹水比冬天淹水受害更严重。用植物呼吸作用的相关知识解决农业生产上的问题：