電子傳遞和氧化磷酸化途徑微課件

1、作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元植物與植物生理第四單元教學(xué)子單元4：植物的呼吸作用微課件3電子傳遞和氧化磷酸化途徑匯報(bào)人：孫平平作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)n 掌握電子傳遞鏈；掌握電子傳遞鏈； n 掌握電子傳遞和氧化磷酸化過程；掌握電子傳遞和氧化磷酸化過程；n 了解氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理。了解氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理。 作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元主要內(nèi)容主要內(nèi)容n 電子傳遞途徑電子傳遞途徑n 底物水平磷酸化和氧化磷酸化底物水平磷酸化和氧化磷酸化

2、n P/OP/O比比n 氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理n 氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制n 未端氧化系統(tǒng)的多樣性未端氧化系統(tǒng)的多樣性作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)重點(diǎn) 電子傳遞鏈，電子傳遞途徑，底物水平磷酸化和氧化磷酸化。難點(diǎn)難點(diǎn) 氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理，氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制，末端氧化系統(tǒng)的多樣性。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元一、一、 電子傳遞途徑電子傳遞途徑 ( (一一) )線粒體電子傳遞體系線粒體電子傳遞體系呼吸鏈呼吸鏈n電子傳遞鏈電子傳遞鏈?zhǔn)?/p>

3、指負(fù)責(zé)傳遞氫是指負(fù)責(zé)傳遞氫( (H H+ +e+e) )或電子到分子氧的一系列傳遞體按或電子到分子氧的一系列傳遞體按一定順序排列所組成的總軌道，又稱一定順序排列所組成的總軌道，又稱呼吸鏈呼吸鏈。n呼吸傳遞體的類型：呼吸傳遞體的類型： (1) (1) 氫傳遞體氫傳遞體-既傳遞電子，也傳遞質(zhì)子；如既傳遞電子，也傳遞質(zhì)子；如NAD+NAD+、FMN(FAD)FMN(FAD)、UQUQ等等； (2) (2) 電子傳遞體電子傳遞體-只傳遞電子，不傳遞質(zhì)子；如細(xì)胞色素系統(tǒng)、某些只傳遞電子，不傳遞質(zhì)子；如細(xì)胞色素系統(tǒng)、某些黃素蛋白、鐵硫蛋白、鐵氧還蛋白等。黃素蛋白、鐵硫蛋白、鐵氧還蛋白等。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)

4、/ 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元線粒體內(nèi)膜上電子傳遞體及其酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜上電子傳遞體及其酶復(fù)合體作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元1.1.電子傳遞主路電子傳遞主路也稱細(xì)胞色素系統(tǒng)途徑也稱細(xì)胞色素系統(tǒng)途徑。在生物界分布最廣泛，廣泛存在于動(dòng)物。在生物界分布最廣泛，廣泛存在于動(dòng)物、植物及微生物中。為動(dòng)物、植物、微生物所共有。主要特征：、植物及微生物中。為動(dòng)物、植物、微生物所共有。主要特征：電子通過電子通過UQUQ及細(xì)胞色素系統(tǒng)到達(dá)及細(xì)胞色素系統(tǒng)到達(dá)O2O2。對(duì)魚藤酮、抗霉素。對(duì)魚藤酮、抗霉素A A、氰化物、氰化物（KCNKCN）

5、、疊氮化物（）、疊氮化物（NaN3NaN3）、）、COCO都敏感。都敏感。P/OP/O比比3 3。 （二）電子傳遞途徑（二）電子傳遞途徑 作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元電子傳遞主路電子傳遞主路作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元n 對(duì)氰化物不敏感，既在氰化物存在時(shí)，仍能進(jìn)行呼吸。電子自對(duì)氰化物不敏感，既在氰化物存在時(shí)，仍能進(jìn)行呼吸。電子自NADHNADH脫脫下后，傳給下后，傳給FMNFMN、Fe-SFe-S、UQUQ、不經(jīng)細(xì)胞色素電子傳遞系統(tǒng)，而是經(jīng)、不經(jīng)細(xì)胞色素電子傳遞系統(tǒng)，而是經(jīng)FPFP和交替氧化酶?jìng)鹘o氧

6、生成水，其和交替氧化酶?jìng)鹘o氧生成水，其P/OP/O比為比為1 1。水楊氧肟酸是交替途徑的。水楊氧肟酸是交替途徑的專一性抑制劑。專一性抑制劑。2.2.交替途徑（抗氰呼吸鏈）交替途徑（抗氰呼吸鏈） 作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元n 抗氰呼吸的生理意義：抗氰呼吸的生理意義：(1) (1) 放熱效應(yīng)：放熱效應(yīng)：有利于早春有利于早春時(shí)節(jié)植物的開花或種子萌發(fā)。時(shí)節(jié)植物的開花或種子萌發(fā)。(2) (2) 促進(jìn)果實(shí)成熟：促進(jìn)果實(shí)成熟：在果實(shí)成熟過程中出現(xiàn)的呼吸躍變現(xiàn)象，與抗氰呼在果實(shí)成熟過程中出現(xiàn)的呼吸躍變現(xiàn)象，與抗氰呼吸速率增強(qiáng)有關(guān)。吸速率增強(qiáng)有關(guān)。(3) (3)

7、 增強(qiáng)抗病力：增強(qiáng)抗病力：抗黑斑病的甘薯塊根組織的抗氰呼吸速率明顯高于感抗黑斑病的甘薯塊根組織的抗氰呼吸速率明顯高于感病品種。病品種。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元3. 3. 電子傳遞支路電子傳遞支路（1 1）電子傳遞支路）電子傳遞支路脫氫酶輔基是一種黃素蛋白（脫氫酶輔基是一種黃素蛋白（FP2FP2）。電子從。電子從NADHNADH脫下后經(jīng)脫下后經(jīng)FP2FP2直接傳到直接傳到UQUQ，不被魚藤酮抑制，而對(duì)抗霉素，不被魚藤酮抑制，而對(duì)抗霉素A A、氰化、氰化物敏感。物敏感。P/OP/O比為比為2 2或低于或低于2 2。（2 2）電子傳遞支路）電子傳遞

8、支路脫氫酶輔基是另一種黃素蛋白（脫氫酶輔基是另一種黃素蛋白（FP3FP3）。）。其其P/OP/O比比為為2 2。其他與支路之一相同。其他與支路之一相同。（3 3）電子傳遞支路）電子傳遞支路脫氫酶輔基是另一種黃素蛋白（脫氫酶輔基是另一種黃素蛋白（FP4FP4）。）。電子從電子從NADHNADH脫下后經(jīng)脫下后經(jīng)FP4FP4和和Cytb5Cytb5直接傳給直接傳給CytcCytc，對(duì)魚藤酮、抗霉素，對(duì)魚藤酮、抗霉素A A敏感，可敏感，可被氰化物所抑制，其被氰化物所抑制，其P/OP/O比為比為1 1。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元電子傳遞支路電子傳遞支路電

9、子傳遞主路：電子傳遞主路：P/O=3 支路支路1：P/O=2 支路支路2：P/O=2 支路支路3：P/O=1 支路支路4：P/O=1(交替途徑交替途徑(AP)，又稱抗氰支路又稱抗氰支路)作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元（三）與呼吸鏈有關(guān)的酶和電子載體（三）與呼吸鏈有關(guān)的酶和電子載體1 1、與呼吸鏈有關(guān)的酶、與呼吸鏈有關(guān)的酶（1）煙酰胺脫氫酶類：需NAD+(EMP-TCA中的脫氫酶,將氫和電子傳遞給氧),NADP+為輔酶.將電子和氫傳遞給需要電子的生物合成過程。（2）黃素蛋白類(黃酶)：以FAD,FMN為輔基,常寫為FP。如NADH脫氫酶:以FMN為輔

10、基，琥珀酸脫氫酶以FAD為輔基。兩者都含有不同數(shù)目的非血紅素鐵,與硫結(jié)合成鐵硫蛋白。（3）鐵-硫蛋白類(鐵硫中心)：是一族與蛋白質(zhì)的四個(gè)Cys結(jié)合在一起的含鐵，和對(duì)酸不穩(wěn)定的硫原子的蛋白質(zhì)，亦稱非血紅鐵蛋白。鐵-硫中心的鐵原子能夠以氧化態(tài)(Fe3+)或還原態(tài)(Fe2+)存在，其作用是通過Fe的價(jià)態(tài)變化而起到傳遞電子的作用。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元（4）輔酶Q(CoQ),也稱泛醌：為電子傳遞鏈上唯一的非蛋白質(zhì)成分,是脂溶性化合物。它是一個(gè)帶有長(zhǎng)的異戊二烯側(cè)鏈的醌類化合物

11、。不同輔酶Q的異戊二烯側(cè)鏈數(shù)不同。輔酶Q通過醌/酚結(jié)構(gòu)的互變傳遞電子。（5）細(xì)胞色素類：細(xì)胞色素類是含鐵的電子傳遞體。鐵原子處于卟啉結(jié)構(gòu)的中心，構(gòu)成血紅素。通過輔基中Fe2+、Cu2+離子價(jià)可逆變化進(jìn)行電子傳遞。細(xì)胞色素類都以血紅素為輔基，這類蛋白具有紅色，在電子傳遞鏈中也依靠鐵的化合價(jià)變化來傳遞電子。 作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元2.2.傳遞體組成（四個(gè)復(fù)合體，除傳遞體組成（四個(gè)復(fù)合體，除CoQCoQ和和CytcCytc外外 ）（1）復(fù)合物I(NADH脫氫酶或NADH-泛醌氧化還原酶)：25種不同蛋白質(zhì),包含F(xiàn)MN，F(xiàn)e-S蛋白，催化電子從NA

12、DH到泛醌(UQ)，將2H轉(zhuǎn)移到膜間空間。（2）復(fù)合物II(琥珀酸脫氫酶或琥珀酸泛醌氧化還原酶)：4-5種蛋白質(zhì)，包含F(xiàn)AD為輔基的黃素蛋白，琥珀酸脫氫酶，3種Fe-S蛋白，cytb560，催化電子從琥珀酸到泛醌。將2H轉(zhuǎn)移到UQ生成UQH2。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元（3）復(fù)合物III(泛醌-細(xì)胞色素c氧化還原酶)：包含2個(gè)cytb，c1，F(xiàn)e-S蛋白，催化電子從還原型泛醌到cytc，同時(shí)將2H轉(zhuǎn)移到膜間空間。（4）復(fù)合物IV(細(xì)胞色素氧化酶)：至少有13種蛋白質(zhì)，包含cyta和cyta3，含2Cu，催化電子從還原型cytc到O2，被激活的O

13、2可與線粒體基質(zhì)中的氫結(jié)合生成水。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元3.3.電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑（1）魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素A：可阻斷電子從NADH到CoQ的傳遞。（2）抗霉素A：可阻斷電子從cytb到cytc1的傳遞。（3）CN-、H2S,、CO、N3-：可阻斷電子從cytaa3到O2的傳遞 作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化nNADHNADH等還原性物質(zhì)中的電子經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給分子氧生成水，并偶等還原性物質(zhì)中的電子經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給分子氧生成水，并偶聯(lián)聯(lián)ADPADP

14、和和PiPi生成生成ATPATP的過程，稱為的過程，稱為氧化磷酸化氧化磷酸化。一般有兩種，即一般有兩種，即底物水平磷酸化底物水平磷酸化和和氧化磷酸化氧化磷酸化。（一）底物水平磷酸化和氧化磷酸化（一）底物水平磷酸化和氧化磷酸化1.1.底物水平磷酸化底物水平磷酸化：指：指底物脫氫底物脫氫( (或脫水），其分子內(nèi)部所含的能量重新或脫水），其分子內(nèi)部所含的能量重新分布，即可分布，即可生成某些高能中間代謝物生成某些高能中間代謝物，再通過酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)直，再通過酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)直接接偶聯(lián)偶聯(lián)ATPATP的生成的生成作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元2.2

15、.氧化磷酸化：氧化磷酸化：是指電子從是指電子從NADHNADH或或FADHFADH2 2經(jīng)經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給分子氧生電子傳遞鏈傳遞給分子氧生成水成水，并，并偶聯(lián)偶聯(lián)ADPADP和和PiPi生成生成ATPATP的過的過程；它是需氧生物合成程；它是需氧生物合成ATPATP的的主要主要途徑途徑。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元n 每吸收一個(gè)氧原子與所酯化的無機(jī)磷分子數(shù)之比，或每傳遞兩個(gè)電子每吸收一個(gè)氧原子與所酯化的無機(jī)磷分子數(shù)之比，或每傳遞兩個(gè)電子與產(chǎn)生的與產(chǎn)生的ATPATP數(shù)之比，稱為數(shù)之比，稱為P/OP/O比比。是。是衡量線粒體氧化磷酸化作用的活衡量線

16、粒體氧化磷酸化作用的活力指標(biāo)力指標(biāo)。n 呼吸鏈的四個(gè)復(fù)合體中，呼吸鏈的四個(gè)復(fù)合體中，復(fù)合體復(fù)合體I I、IIIIII和和IVIV是是ATPATP的形成偶聯(lián)部位的形成偶聯(lián)部位，復(fù)合體復(fù)合體IIII不能偶聯(lián)不能偶聯(lián)ATPATP的形成。的形成。（二）（二）P/OP/O比比 作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理n 目前被人們普遍接受的是P.Mitchell提出的化學(xué)滲透假說。作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元n 解偶聯(lián)作用：解偶聯(lián)作用：有些化合物能消除跨膜的質(zhì)子梯度或電

17、位差，使有些化合物能消除跨膜的質(zhì)子梯度或電位差，使ATPATP不不能形成，從而解除電子傳遞與磷酸化的偶聯(lián)作用。能形成，從而解除電子傳遞與磷酸化的偶聯(lián)作用。n 解偶聯(lián)劑：解偶聯(lián)劑：如如2,4-2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚(2,4-dinitrophenol, DNP)(2,4-dinitrophenol, DNP)，呈弱酸，呈弱酸性和脂溶性，可結(jié)合性和脂溶性，可結(jié)合H H+ +并進(jìn)入膜內(nèi)，從而消除跨膜質(zhì)子梯度，抑制并進(jìn)入膜內(nèi)，從而消除跨膜質(zhì)子梯度，抑制ATPATP的形成。的形成。（四）氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制（四）氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生

18、理第四單元第四單元n 末端氧化酶末端氧化酶是指處于呼吸鏈的末端將電子傳給是指處于呼吸鏈的末端將電子傳給O2，使其括化并形成，使其括化并形成H2O或或H2O2的酶類。的酶類。1.1.細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶 在植物組織中普遍存在，位于線粒體中，該酶在植物組織中普遍存在，位于線粒體中，該酶包括包括Cyta和和Cyt a3,，含有鐵和銅，含有鐵和銅(各兩個(gè)各兩個(gè))。是植物體內(nèi)主要的末端氧化。是植物體內(nèi)主要的末端氧化酶，承擔(dān)細(xì)胞內(nèi)約酶，承擔(dān)細(xì)胞內(nèi)約80%的耗的耗O2量。量。n 與氧的親和力極高，受氰化物、與氧的親和力極高，受氰化物、CO抑制抑制（五）（五） 未端氧化系統(tǒng)的多樣性未端氧化系統(tǒng)的多樣性

19、作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元2.2.交替氧化酶交替氧化酶(AO)(AO)又稱抗氰氧化酶又稱抗氰氧化酶 該酶含有該酶含有FeFe2+2+。對(duì)氧的親和力高，對(duì)氰化物不敏感，易被水楊基氧。對(duì)氧的親和力高，對(duì)氰化物不敏感，易被水楊基氧肟酸肟酸(SHAM)(SHAM)抑制。抑制。 抗氰呼吸最典型的例子是天南星科植物的佛焰花序，其呼吸速率比抗氰呼吸最典型的例子是天南星科植物的佛焰花序，其呼吸速率比一般植物高一般植物高100100倍以上，呼吸放熱很多倍以上，呼吸放熱很多( (形成的形成的ATPATP少少) )，使組織溫度比環(huán)，使組織溫度比環(huán)境溫度高出境溫度高出10-20 10-20 。 抗氰呼吸又稱抗氰呼吸又稱放熱呼吸放熱呼吸. .作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) / 教學(xué)資源庫(kù)植物與植物生理植物與植物生理第四單元第四單元3. 3. 酚氧化酶酚氧化酶 n在植物體內(nèi)普遍存在，定位于質(zhì)體和微體中，含銅；催化酚氧化成醌在植