有机物的代谢.pptx

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1、2)光质光补偿点高的植物一般光饱和点也高，光饱和点代表吸收强光的能力，光饱和点越高，吸收强光的能力越强。光补偿点代表吸收弱光的能力，光补偿点越低，吸收弱光的能力越强。C4C3；阳生阴生；草本木本。红光蓝光绿光第1页/共55页3 3二氧化碳二氧化碳比例阶段比例阶段 CO2浓度是限制因素饱和阶段饱和阶段 RuBP的量是限制因素CECE被称为羧化效率被称为羧化效率1）当光合吸收的二氧化碳量等于放出的二氧化碳量，这个时候外界的二氧化碳含量就叫做CO2补偿点。2）当达到某一浓度时，光合速率便达最大值，开始达到光合最大速率时的CO2浓度被称为CO2饱和点。3）CO2饱和点代表吸收强光的能力，CO2补偿点代

2、表吸收弱光的能力。第2页/共55页4）C3植物与C4植物CO2光合曲线 对比。C4植物的CO2补偿点低，在低CO2浓度下光合速率的增加比C3快，CO2的利用率高；C4植物CO2饱和点低的原因：A.C4植物PEPC的Km低，对CO2亲和力高，有浓缩CO2机制，很快达到饱和点。B.可能与C4植物的气孔对CO2浓度敏感有关，即CO2浓度超过空气水平后，C4植物气孔开度就变小。第3页/共55页4 4温度温度三基点三基点三基点三基点定义定义抑制光合的原因或范围抑制光合的原因或范围最低温度最低温度(冷限冷限)该低温下表观光合速率为零(0)低温时膜脂呈凝胶相，叶绿体超微结构受到破坏酶促反应缓慢，气孔开闭失调

3、，最高温度最高温度(热限热限)该高温下表观光合速率为零(45)膜脂与酶蛋白热变性，使光合器官损伤，叶绿体中的酶钝化；高温刺激了光暗呼吸，使表观光合速率下降最适温度最适温度能使光合速率达到最高的温度C3阴生植物1020 一般C3植物2030 C4植物3545 光合作用的温度范围和三基点光合作用的温度范围和三基点第4页/共55页5 5矿质元素矿质元素1 1）叶绿体结构的组成成分）叶绿体结构的组成成分 如N、P、S、Mg是叶绿体中构成叶绿素、蛋白质、核酸以及片层膜不可缺少的成分。2 2）电子传递体的重要成分）电子传递体的重要成分 如PC中含Cu，Fe-S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含Fe，放氧

4、复合体不可缺少Mn2+和Cl-3 3）磷酸基团的重要作用）磷酸基团的重要作用 构成同化力的ATP和NADPH，光合碳还原循环中所有的中间产物中都含有磷酸基团。4 4）活化或调节因子）活化或调节因子 如Rubisco等酶的活化需要Mg2+；Fe、Cu、Mn、Zn参与叶绿素的合成；K+和Ca2+调节气孔开闭；K和P促进光合产物的转化与运输等。第5页/共55页6 6水分水分水分是光合作用的原料，但光合作用利用的H2O不到植物所吸收水分的1%，因此，水分主要是间接的影响光合作用。在缺水时，光合作用降低：1）缺水时，气孔关闭，减少CO2的供应；2）缺水时促进淀粉分解，抑制光合产物的外运，发生反馈抑制。3

5、）严重缺水时，会导致光合器结构的破坏。第6页/共55页 第五章第五章 植物体内有机物的代植物体内有机物的代谢谢第7页/共55页第一节第一节 植物的初生代谢和次生代谢植物的初生代谢和次生代谢蔗糖、淀粉等有机物来源于光合作用，通过呼吸蔗糖、淀粉等有机物来源于光合作用，通过呼吸作用分解产生各种中间产物。作用分解产生各种中间产物。C C3 3循环、循环、EMPEMP、TCATCA和和PPPPPP筑成了有机物代谢的主筑成了有机物代谢的主干干。糖和脂肪、蛋白质、核酸之间都可以相互转变。糖和脂肪、蛋白质、核酸之间都可以相互转变。丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰C CO OA A、-酮戊二酸、草酰乙酸酮戊二酸、草酰乙

6、酸等中等中间产物起着枢纽作用。间产物起着枢纽作用。第8页/共55页植物次生代植物次生代谢谢*植物中的许多其他有机物如萜类，酚类，生物碱等，由糖类等有机物次生代谢衍生出的物质。*它们贮存在液泡或细胞壁中，是代谢的最终产物，大部分不再参与代谢。*某些次生代谢产物是植物生命活动所必需的。第9页/共55页葡萄糖多糖淀粉、纤维素半纤维素戊糖(Ru5P)核苷酸核酸DHAPPGAldPEP丙酮酸乙酰C CO OA A-酮戊二酸C3途径CO2草酰乙酸TCA丙二酰C CO OA A甘油+脂肪酸脂肪酚类、萜类化合物丙氨酸等酒精乳酸天冬氨酸族烟碱AMP、GMP谷氨酸族蛋白质卟啉(chl,Cyt)PPP第10页/共5

7、5页第二节第二节 植物体内的次级产物植物体内的次级产物次级产物：次级产物：是植物体内由糖类等有机物代谢衍生糖类等有机物代谢衍生而来的物质。贮存在液泡或细胞壁中，是代谢的中产物，不再参与代谢。次级产物具有重要作用：次级产物具有重要作用：是植物生命活动所必需的，如IAA、GA；叶绿素和类葫萝卜素及花色素；木质素等，是植物组织色、香、味的主要构成成分，是药业或工业的重要原料。植物的次级产物可分植物的次级产物可分3 3类：类：萜类、酚类、含氮次级化合物萜类、酚类、含氮次级化合物第11页/共55页第二节第二节 萜类萜类 Terpene萜类化合物就是指存在自然界中、分子式为异戊二烯单位的倍数(C5H8)n

8、的烃类及其含氧衍生物。这些含氧衍生物可以是醇、醛、酮、羧酸、酯等。萜类化合物广泛存在于自然界，是构成某些植物的香精、树脂、色素等的主要成分。如玫瑰油、桉叶油、松脂等都含有多种萜类化合物。另外，某些动物的激素、维生素等也属于萜类化合物。第12页/共55页种类种类 单萜单萜 Monoterpenes(C-10)(C-10)倍半萜倍半萜 Monoterpenes(C-15)(C-15)三萜三萜 Triterpenes(C-30)(C-30)四萜四萜 Tetraterpenes(C-40)(C-40)多萜多萜 Polyterpenes(C40)(C40)双萜双萜 Diterpenes(C-20)(C-

9、20)第13页/共55页1 1、定义：由、定义：由2 2个异戊二烯单位构成，含有个异戊二烯单位构成，含有1010个个 碳原子的化合物类群。碳原子的化合物类群。2 2、存在：单萜类化合物广泛存在于高等植物、存在：单萜类化合物广泛存在于高等植物中的分泌组织里，多数是挥发油中沸点较低部中的分泌组织里，多数是挥发油中沸点较低部分的主要组成部分，多数具有较强的香气和生分的主要组成部分，多数具有较强的香气和生理活性，是医药、仪器和化妆品工业的重要原理活性，是医药、仪器和化妆品工业的重要原料。料。单萜单萜 Monoterpenes(C-10)Monoterpenes(C-10)第14页/共55页单萜单萜 M

10、onoterpenes(C-10)Monoterpenes(C-10)拟除虫菊酯拟除虫菊酯松脂松脂精油精油 存在于腺细胞和存在于腺细胞和表皮中表皮中薰衣草表面腺细胞薰衣草表面腺细胞第15页/共55页Essential oil 松香松香松脂松脂第16页/共55页倍半萜倍半萜 Sesquiterpenes(C-15)1 1、定义：由、定义：由3 3个异戊二烯单位构成，含有个异戊二烯单位构成，含有1515个个 碳原子的化合物类群。碳原子的化合物类群。2 2、存在：广泛分布于植物、微生物、海洋生物、存在：广泛分布于植物、微生物、海洋生物 及某些昆虫中，在木兰目、芸香目、菊目及及某些昆虫中，在木兰目、芸

11、香目、菊目及 山茱萸目植物中最丰富。山茱萸目植物中最丰富。对食草动物有毒对食草动物有毒 苦味，苦味，如棉酚。如棉酚。第17页/共55页1 1、定义：由、定义：由4 4个异戊二烯单位构成，含有个异戊二烯单位构成，含有2020个碳个碳原子的化合物类群。原子的化合物类群。2 2、存在：广泛分布于植物界，植物分泌的、存在：广泛分布于植物界，植物分泌的 乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主。乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主。3 3、主要骨架类型：如贝壳杉烷、赤霉烷、主要骨架类型：如贝壳杉烷、赤霉烷、阿替烷、乌头烷及其对映体的骨架等。如阿替烷、乌头烷及其对映体的骨架等。如紫杉醇紫杉醇（红豆杉醇）（红豆杉醇）。

12、二萜二萜 Diterpenes(C-20)第18页/共55页红豆杉Taxus mairei 第19页/共55页Croton Fruit（Diterpene）第20页/共55页三萜三萜 Triterpenes(C-30)代表代表 *强心苷强心苷-脊椎动物心脏毒素脊椎动物心脏毒素 *皂角苷皂角苷 去垢剂去垢剂 *三萜类是导致灵芝具有苦味的主要物质。目三萜类是导致灵芝具有苦味的主要物质。目前已发现大约有二百多种三萜类存在于灵芝中。前已发现大约有二百多种三萜类存在于灵芝中。其他植物中也含有三萜类，但是灵芝所含有的特其他植物中也含有三萜类，但是灵芝所含有的特殊三萜类（或称殊三萜类（或称 灵芝酸灵芝酸），

13、为其他植物所没），为其他植物所没有。三萜类灵芝酸为保护肝功能的主要成分，具有。三萜类灵芝酸为保护肝功能的主要成分，具有强烈的药理活性有强烈的药理活性,有护肝、解毒和止痛等功有护肝、解毒和止痛等功能。能。第21页/共55页四萜四萜 Tetraterpenes(C-40)一些光合色素一些光合色素:胡萝卜素胡萝卜素 叶黄叶黄素素多萜多萜 Plolyterpenes(C40)橡胶橡胶:由由1500-150001500-15000个异戊二烯单位构成。个异戊二烯单位构成。第22页/共55页植物体内重要的萜类物质：植物体内重要的萜类物质：挥发油挥发油：是单萜和倍半萜，樟树茎、柑橘果：是单萜和倍半萜，樟树茎、

14、柑橘果皮、薄荷植株等皮、薄荷植株等 棉棉 酚酚：倍半萜，是重要的抗虫侵袭、抗真菌：倍半萜，是重要的抗虫侵袭、抗真菌和细菌的物质和细菌的物质 固固 醇醇：三萜的衍生物，质膜成分，植物蜕皮：三萜的衍生物，质膜成分，植物蜕皮激素的成分激素的成分 类胡萝卜素类胡萝卜素：四萜衍生物，有叶黄素、胡萝：四萜衍生物，有叶黄素、胡萝卜素蕃茄红素等，卜素蕃茄红素等，橡橡 胶胶：多萜化合物：多萜化合物 萜 类第23页/共55页酚酚(phenol)，通式为，通式为ArOH，是芳香烃环是芳香烃环上的氢被羟基上的氢被羟基(OH)取代的一类芳香族化取代的一类芳香族化合物。最简单的酚为苯酚。酚类化合物是合物。最简单的酚为苯酚

15、。酚类化合物是指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物生成的化合物,根据其分子所含的羟基数目根据其分子所含的羟基数目可分为一元酚和多元酚可分为一元酚和多元酚第三节第三节 酚类酚类 Phenol 第24页/共55页分类：分类：*简单酚类简单酚类 :反反桂皮酸、咖啡酸、桂皮酸、咖啡酸、香豆素、水杨酸香豆素、水杨酸*鞣质类：鞣质类：缩合鞣质、可水解鞣质缩合鞣质、可水解鞣质*类黄酮类：类黄酮类：花色素苷、黄酮、黄酮醇、花色素苷、黄酮、黄酮醇、异黄酮异黄酮*木质素：木质素：没食子酸、木质素没食子酸、木质素生物合成是由苯生物合成是由苯丙氨酸起始的丙氨酸起始的具有

16、苯环-C3的基本骨架：第25页/共55页呋喃香豆素类呋喃香豆素类Furanocoumarins (分布于伞形科，豆科，菊科，芸香科。如芹菜，分布于伞形科，豆科，菊科，芸香科。如芹菜，柚，柠檬柚，柠檬)草食昆虫毒素草食昆虫毒素UVA（320-400nm）激发为高能电子态，插入激发为高能电子态，插入DNA中，与胞嘧啶和胸中，与胞嘧啶和胸腺嘧啶结合，阻断腺嘧啶结合，阻断DNA转录和修复，导致细胞死亡。转录和修复，导致细胞死亡。第26页/共55页木质素木质素Lignin 存在于植物纤维中的一种芳香族高分子化合物。其含量可占木材的存在于植物纤维中的一种芳香族高分子化合物。其含量可占木材的50%50%。在

17、植。在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。鞣质鞣质Tannins 又称单宁，是存在于植物体内的一类结构比较复杂的多元酚类化又称单宁，是存在于植物体内的一类结构比较复杂的多元酚类化合物。鞣质能与蛋白质结合形成不溶于水的沉淀。合物。鞣质能与蛋白质结合形成不溶于水的沉淀。第27页/共55页类黄酮类黄酮 Flavonoids 花青素花青素:黄酮和黄酮醇黄酮和黄酮醇自然界有超过自然界有超过300300种不同种不同的花青素。他们来源于不同种水果和蔬菜如紫甘的花青素。他们来源于不同种水果和蔬菜如紫甘薯、越橘、酸果蔓、蓝莓、葡萄、接骨木红、黑薯、越橘、酸果蔓、蓝莓

18、、葡萄、接骨木红、黑加仑、紫胡罗卜和红甘蓝、颜色从红到蓝。花青加仑、紫胡罗卜和红甘蓝、颜色从红到蓝。花青素是一种强有力的抗氧化剂，它能够保护人体免素是一种强有力的抗氧化剂，它能够保护人体免受一种叫做自由基的有害物质的损伤。花青素还受一种叫做自由基的有害物质的损伤。花青素还能够增强血管弹性，改善循环系统和增进皮肤的能够增强血管弹性，改善循环系统和增进皮肤的光滑度，抑制炎症和过敏，改善关节的柔韧性。光滑度，抑制炎症和过敏，改善关节的柔韧性。异黄酮异黄酮:黄酮的异构体，一直被认为具有维生素黄酮的异构体，一直被认为具有维生素P P的活性，并不断被发现有更多生理活性，对机体的活性，并不断被发现有更多生理

19、活性，对机体代谢起调节的功能性质。代谢起调节的功能性质。第28页/共55页第四节第四节 含氮次生化合物含氮次生化合物 l生物碱生物碱(alkaloid)(alkaloid)：含一个含氮的杂环，核酸：含一个含氮的杂环，核酸的组分，亦是维生素的组分，亦是维生素B1B1、叶酸和生物素的组分，、叶酸和生物素的组分，它对动物有毒，可起防御敌害作用；是重要药它对动物有毒，可起防御敌害作用；是重要药物的物的 有效成分，如奎宁、吗啡、利血平、阿托有效成分，如奎宁、吗啡、利血平、阿托品等。品等。l含氰苷含氰苷 (cyanogenic glycoside)(cyanogenic glycoside)：豆类、禾：豆

20、类、禾谷类和玫瑰中较多，在完整的植物中，含氰苷谷类和玫瑰中较多，在完整的植物中，含氰苷存在于叶表皮的液泡中，含氰苷本身无毒，而存在于叶表皮的液泡中，含氰苷本身无毒，而分解含氰苷的酶分解含氰苷的酶糖苷酶则存在叶肉中，互糖苷酶则存在叶肉中，互不接触。当叶片被咬碎后，含氰苷就与酶混合，不接触。当叶片被咬碎后，含氰苷就与酶混合，含氰苷中的氰醇和糖分开，前者再在羟基腈裂含氰苷中的氰醇和糖分开，前者再在羟基腈裂解酶作用下或自发分解为酮和氰化氢（解酶作用下或自发分解为酮和氰化氢（HCNHCN）。）。昆虫和其他草食动物取食植物后，产生昆虫和其他草食动物取食植物后，产生HCNHCN，呼，呼吸就被抑制。木薯块茎含

21、较多含氰苷，一定要吸就被抑制。木薯块茎含较多含氰苷，一定要经磨碎、浸泡、干燥等过程，除去或分解大部经磨碎、浸泡、干燥等过程，除去或分解大部分含氰苷后，才能食用。分含氰苷后，才能食用。第29页/共55页木薯木薯第30页/共55页紫草第31页/共55页Terpenoids:The largest groupFormed from 5-C subunits(isoprene)synthesizedfrom G-3-P,pyruvate,and acetyl-CoACompounds have from 10 to 40 carbonsSome terpenoids have functions in

22、 growth anddevelopment Plant hormones(gibberellins,abscisic acid)Accessory pigments in photosynthesisMost terpenoids act as herbivory deterrents andare a prime example of a“biochemical arms race”第32页/共55页Monoterpenes(C-10)Pyrethroid insecticides拟除虫菊脂Conifer resins松脂Plant-plant defensive Communicatio

23、n防御沟通 Deter pest Attract pest predatorsEssential oils（Essential oils are often stored in surface glands表面腺细胞）第33页/共55页Sesquiterpenes(C-15)Herbivory deterrents威慑草食动物(generalized)BitternessExamples include sagebrush山艾树 and sunflower向日葵第34页/共55页Diterpenes(C-20)Toxins and irritants 毒与刺激(generalized)Resi

24、ns from some trees to seal herbivore induced wounds 松脂封闭取食伤口Human use has adapted these compounds to anti-cancer drugs(Taxol紫杉醇 from Pacific yew紫杉)第35页/共55页Tri-terpenes(C-30)More specialized toxinsSteroid in structure结构类固醇Examples Cardenolides vertebrate heart toxins脊椎动物心脏毒素 Saponins 皂角苷 detergent l

25、ike structure第36页/共55页植物体内重要的萜类物质：挥发油：是单萜和倍半萜，樟树茎、柑橘果皮、薄荷植株等 棉 酚：倍半萜，是重要的抗虫侵袭、抗真菌和细菌的物质 固 醇：三萜的衍生物，质膜成分，植物蜕皮激素的成分 类胡萝卜素：四萜衍生物，有叶黄素、胡萝卜素番茄红素等，橡 胶：多萜化合物一、萜 类 terpene第37页/共55页二、酚 类phenol种类：按芳香族环上带有的碳原子数可分为 简单酚类、木质素、类黄酮类、鞣质类和其它酚类主要的酚类化合物有：简单酚类：桂皮酸、咖啡酸、香豆素、水扬酸 木质素：没食子酸、木质素、类黄酮类：花色素苷、黄酮、黄酮醇、异黄酮 鞣质类：缩合鞣质和可

26、水解鞣质第38页/共55页Phenolic compoundsCommon element is a phenolic groupDerived from amino acids,principally phenylalanine（苯丙氨酸）第39页/共55页Examples of phenolic compounds and their rolesPhenylpropanoids（苯丙酸类化合物），具有苯环-C3的基本骨架。Allelopathic compounds inhibit plant growth（A为咖啡酸、阿魏酸）第40页/共55页Examples of phenolic c

27、ompoundsand their rolesFuranocoumarins 呋喃香豆素类(celery芹菜,parsnip欧洲防风草,and parsley欧芹)Toxicity to insect herbivores（草食昆虫毒素）UV-activated toxins：UVA（320-400nm）激发为高能电子态，插入DNA中，与胞嘧啶和胸腺嘧啶结合，阻断DNA转录和修复，导致细胞死亡。第41页/共55页Examples of phenolic compoundsand their rolesBenzoic acid derivatives（安息香酸派生物）Systemic resis

28、tance to pathogens（病原物系统抗性）第42页/共55页Plant“immune systems”Plant-wide response to a local infectionMay involve both toxic compounds like oxygen radicalsCan produce a memory response第43页/共55页Plant“immune systems”Phytoalexins（植物抗毒素）are a primary player in plant immune responsePhytoalexins can be antimic

29、robial terpenoids or phenolics（抗菌的萜或酚类）Synthesized in response to infection or attack第44页/共55页Jasmonic acid Stress anddefense hormoneProduced in response to a signal transduction pathwayInduces synthesis of other defensive compoundsActivates responses at the gene level第45页/共55页Examples of phenolic c

30、ompoundsand their rolesLignin木质素 Reinforcing molecule(esp.in woody tissue)组成物质 Decreases palatabilityTannins丹宁 Flavor deterrent威慑味道，如涩味 Tea,blackberry,grape,apple Mode of action is via protein binding蛋白鞣质结合第46页/共55页Examples of phenolic compoundsand their rolesFlavonoids Anthocyanins（花青素）:Pigmentatio

31、n(pollinator attractant)Flavones and Flavonols（黄酮和黄酮醇）:UV protection and beeAttractant（引诱剂）：(nectar guides花蜜引导)Isoflavones（异黄酮）:Antimicrobial（抗菌）,antiestrogenic（抗雌激素）第47页/共55页三、含氮次级化合物l生物碱(alkaloid)：核酸的组分，亦是维生素B1、叶酸和生物素的组 分，它对动物有毒，可起防御敌害作用；是重要药物的 有效成分，如奎宁、吗啡、利血平、阿托品等。l含氰苷(cyanogenic glycoside)：豆类、禾谷

32、类和玫瑰中较多，本无毒，但释放HCN。l芥子油苷(mustard oil glycoside)：十字花科，本无毒，但水解后产生有毒物质。l非蛋白氨基酸(nonprotein amino acid)：不构成蛋白质的氨基酸，有毒性，有的阻止 蛋白氨基酸的合成或吸收。第48页/共55页Nitrogen-Containing Compounds:Only chemical similarity is the presence of nitrogen somewhere in the moleculeWell studied because of their toxicity to animals an

33、d their medicinal valuePerhaps the most easily-recognizable group of secondary compounds in plants第49页/共55页Examples of N-containingcompounds and their rolesAlkaloids A large group of compounds found in 20%ofall plant species All contain a heterocyclic ring杂环(i.e.,a ring formed from carbons and one n

34、itrogen)Best known for their pharmacological effect on animals(动物药理学的效应)第50页/共55页Examples of alkaloids第51页/共55页Examples of N-containingcompounds and their rolesCyanogenic glycosides含氰苷，存在与叶表皮的液泡中 A large group of compounds found in thousands of plant species Stored in leaves(cherry樱桃,Johnson grass),

35、seeds(apple,peach),or roots(cassava木薯)Enzymatic release of cyanide gas following herbivory第52页/共55页Examples of N-containingcompounds and their rolesGlucosinolates(mustard oil glycosides)芥子油苷：十字花科，本无毒，但水解后产生有毒物质。Principally found in plants from the Brassicaceae Enzymatic release following herbivory V

36、olatile defensive compounds 挥发性防御物(toxins,deterrents)Can also serve as attractants引诱剂第53页/共55页Examples of N-containingcompounds and their rolesl非蛋白氨基酸：不构成蛋白质的氨基酸，有毒性，有的阻止 蛋白氨基酸的合成或吸收。Non-protein amino acids Interfere with herbivore protein synthesis Replace normal amino acids to create nonfunctional proteins第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页