《有机物的代谢》PPT课件.ppt

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1、2光照1)光强2)暗中叶片不进行光合作用，只有呼吸作用释放CO2。3)随着光强的增高，光合速率相应提高，当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2释放量，这时的光强称为光光补偿点。开始净光合的补偿点。开始净光合的点。点。4)4)光饱和点 在低光强区，光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段)；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点，此点以后的阶段称饱和阶段。限制因素限制因素比例阶段比例阶段 光强限制饱和阶段饱和阶段 CO2限制光饱和点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，

2、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3二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补偿点代表吸收弱光的能力。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

3、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。4温度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5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、

4、Cytf和Fd中都含Fe，放氧复合体不可缺少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。6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

5、制。3）严重缺水时，会导致光合器结构的破坏。第五章第五章 植物体内有机物的代谢植物体内有机物的代谢第一节第一节 植物的初生代谢和次生代谢植物的初生代谢和次生代谢v蔗糖、淀粉等有机物来源于光合作用，通过呼吸作蔗糖、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。用分解产生各种中间产物。vC C3 3循环、循环、EMPEMP、TCATCA和和PPPPPP筑成了有机物代谢的主干筑成了有机物代谢的主干。v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。v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、草酰乙酸等中间等中间产物起

6、着枢纽作用。产物起着枢纽作用。植物次生代谢植物次生代谢*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。葡萄糖葡萄糖多糖多糖淀粉、纤维素淀粉、纤维素半纤维素半纤维素戊糖戊糖(Ru5P)核苷酸核苷酸核酸核酸DHAPPGAldPEP丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰C CO OA A-酮戊二酸酮戊二酸C3途径途径CO2草酰乙酸草酰乙酸TCA丙二酰C CO OA A甘油甘油+脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪酚类、萜类酚类、萜类化合物化合物丙氨酸等丙氨酸等酒精酒精乳酸乳酸天冬氨酸族天冬氨

7、酸族烟碱烟碱AMP、GMP谷氨酸族谷氨酸族蛋白质蛋白质卟啉(chl,Cyt)PPP第二节第二节 植物体内的次级产物植物体内的次级产物v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。v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。v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、含氮次级化合物第二节第二节 萜类萜类 Terpene萜类

8、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。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)

9、双萜双萜 Diterpenes(C-20)(C-20)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1 10 0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-1

10、0)单萜单萜 Monoterpenes(C-10)Monoterpenes(C-10)v拟除虫菊酯拟除虫菊酯v松脂松脂v精油精油 存在于存在于腺细胞腺细胞和和表皮中表皮中薰衣草表面腺细胞薰衣草表面腺细胞Essential oil 松香松香松脂松脂倍半萜倍半萜 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、芸香目、菊目及

11、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，如如棉酚棉酚。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。阿替烷、乌头烷及其对映体的骨架等。如如紫杉醇紫杉醇（红豆杉醇）（红豆杉醇）。二萜二萜 Diterpenes(C

12、-20)红豆杉红豆杉Taxus mairei Croton Fruit（Diterpene）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。目前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。其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殊他植物中也含有三萜类，但是灵芝所含有的特殊三萜类（或称三萜类（或称 灵芝酸灵芝酸），为其他植物所没有。），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，具有强

13、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烈的药理活性,有护肝、解毒和止痛等功能。有护肝、解毒和止痛等功能。四萜四萜 Tetraterpenes(C-40)v一些光合色素一些光合色素:胡萝卜素胡萝卜素 叶黄素叶黄素多萜多萜 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。v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、柑橘果皮、：是单萜和倍半萜，樟树茎、柑橘果皮、薄荷植株等薄荷植株等 棉棉 酚酚：倍半萜，是重要的抗虫侵袭、抗真菌和：倍半萜，是重要的抗虫侵袭、抗真

14、菌和细菌的物质细菌的物质 固固 醇醇：三萜的衍生物，质膜成分，植物蜕皮激：三萜的衍生物，质膜成分，植物蜕皮激素的成分素的成分 类胡萝卜素类胡萝卜素：四萜衍生物，有叶黄素、胡萝卜素：四萜衍生物，有叶黄素、胡萝卜素蕃蕃茄红素等，茄红素等，橡橡 胶胶：多萜化合物：多萜化合物 萜萜 类类酚酚(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。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

15、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 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：缩合鞣质缩合鞣质、可水解鞣质可水解鞣质*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具有苯环有苯环-C3的基的基本骨架本骨架：v呋喃香豆素类呋喃香豆素类Furanocoumarins (分布于伞形分布于伞形科，豆科，菊科，芸香科。如科，

16、豆科，菊科，芸香科。如芹菜芹菜，柚，柠，柚，柠檬檬)v草食昆虫毒素草食昆虫毒素UVA（320-400nm）激发为高激发为高能电子态，插入能电子态，插入DNA中，与胞嘧啶和胸腺嘧中，与胞嘧啶和胸腺嘧啶结合，阻断啶结合，阻断DNA转录和修复，导致细胞死转录和修复，导致细胞死亡。亡。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。其含量可占木材的合物。其含量可占木材的50%50%。在植物组。在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。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，是存在于植物体内又称单宁，是存在于植物体内

17、的一类结构比较复杂的多元酚类化合物。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鞣质能与蛋白质结合形成不溶于水的沉淀。v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种不同的花种不同的花青素。他们来源于不同种水果和蔬菜如紫甘薯、越青素。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、黑加仑、紫橘、酸果蔓、蓝莓、葡萄、接骨木红、黑加仑、紫胡罗卜和红甘蓝、颜色从红到蓝。花青素是一种强胡罗卜和红甘蓝、颜色从红到蓝。花青素是一种强有力的抗氧化剂，它能够保护人体免受一种叫做自有力的抗氧化剂

18、，它能够保护人体免受一种叫做自由基的有害物质的损伤。花青素还能够增强血管弹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光滑度，抑制炎症性，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。和过敏，改善关节的柔韧性。异黄酮异黄酮:黄酮的异构体黄酮的异构体，一直被认为具有维生素，一直被认为具有维生素P P的的活性，并不断被发现有更多生理活性，对机体代谢活性，并不断被发现有更多生理活性，对机体代谢起调节的功能性质。起调节的功能性质。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，含一个含

19、氮的杂环，核酸的核酸的组分，亦是维生素组分，亦是维生素B1B1、叶酸和生物素的组分，、叶酸和生物素的组分，它它对动物有毒，可起防御敌害作用；是重要药物的对动物有毒，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。有效成分，如奎宁、吗啡、利血平、阿托品等。l含氰苷含氰苷 (cyanogenic glycoside)(cyanogenic glycoside)：豆类、禾谷类：豆类、禾谷类和玫瑰中较多，在完整的植物中，含氰苷存在于和玫瑰中较多，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，而分解含氰叶表皮的液泡中，含氰苷本身无毒，而分解含氰苷的酶苷的酶糖苷酶则

20、存在叶肉中，互不接触。当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，含氰苷中的叶片被咬碎后，含氰苷就与酶混合，含氰苷中的氰醇和糖分开，前者再在羟基腈裂解酶作用下或氰醇和糖分开，前者再在羟基腈裂解酶作用下或自发分解为酮和氰化氢（自发分解为酮和氰化氢（HCNHCN）。昆虫和其他草食）。昆虫和其他草食动物取食植物后，产生动物取食植物后，产生HCNHCN，呼吸就被抑制。木薯，呼吸就被抑制。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，除去或分解大部分含氰苷后，才能食用。等过程，除去或分解大部分含氰苷后，才能食用。木薯木薯紫草Terp

21、enoids:The largest groupvFormed from 5-C subunits(isoprene)synthesizedfrom G-3-P,pyruvate,and acetyl-CoAvCompounds have from 10 to 40 carbonsvSome terpenoids have functions in growth anddevelopmentv Plant hormones(gibberellins,abscisic acid)v Accessory pigments in photosynthesisvMost terpenoids act

22、as herbivory deterrents andare a prime example of a“biochemical arms race”Monoterpenes(C-10)vPyrethroid insecticides拟除虫菊脂vConifer resins松脂vPlant-plant defensive Communication防御沟通 Deter pest Attract pest predatorsvEssential oils（Essential oils are often stored in surface glands表面腺细胞）Sesquiterpenes(C-

23、15)vHerbivory deterrents威慑草食动物(generalized)vBitternessvExamples include sagebrush山艾树 and sunflower向日葵Diterpenes(C-20)vToxins and irritants毒与刺激(generalized)vResins from some trees to seal herbivore induced wounds松脂封闭取食伤口vHuman use has adapted these compounds to anti-cancer drugs(Taxol紫杉醇 from Pacific

24、 yew紫杉)Tri-terpenes(C-30)vMore specialized toxinsvSteroid in structure结构类固醇vExamples Cardenolides vertebrate heart toxins脊椎动物心脏毒素 Saponins 皂角苷 detergent like structurev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：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

25、 胶：多萜化合物一、一、萜萜 类类 terpene二、酚二、酚 类类phenolv种类：种类：按芳香族环上带有的碳原子数可分为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、鞣质类和其它简单酚类、木质素、类黄酮类、鞣质类和其它酚类酚类v主要的酚类化合物有：主要的酚类化合物有：简单酚类：简单酚类：桂皮酸、咖啡酸、香豆素、水扬酸桂皮酸、咖啡酸、香豆素、水扬酸 木质素：木质素：没食子酸、木质素、没食子酸、木质素、类黄酮类：类黄酮类：花色素苷、黄酮、黄酮醇、异黄酮花色素苷、黄酮、黄酮醇、异黄酮 鞣质类鞣质类：缩合鞣质和可水解鞣质：缩合鞣质和可水解鞣质Phenolic compoundsv

26、Common element is a phenolic groupvDerived from amino acids,principally phenylalanine（苯丙氨酸）Examples of phenolic compounds and their rolesvPhenylpropanoids（苯丙酸类化合物），具有苯环-C3的基本骨架。vAllelopathic compounds inhibit plant growth（A为咖啡酸、阿魏酸）Examples of phenolic compoundsand their rolesvFuranocoumarins 呋喃香豆素类

27、(celery芹菜,parsnip欧洲防风草,and parsley欧芹)vToxicity to insect herbivores（草食昆虫毒素）vUV-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。Examples of phenolic compoundsand their rolesvBenzoic acid derivatives（安息香酸派生物）vSystemic resistance to pathogens（病原物系统抗性）Plant“immune systems”vP

28、lant-wide response to a local infectionvMay involve both toxic compounds like oxygen radicalsvCan produce a memory responsePlant“immune systems”vPhytoalexins（植物抗毒素）are a primary player in plant immune responsevPhytoalexins can be antimicrobial terpenoids or phenolics（抗菌的萜或酚类）vSynthesized in response

29、 to infection or attackJasmonic acid Stress anddefense hormonevProduced in response to a signal transduction pathwayvInduces synthesis of other defensive compoundsvActivates responses at the gene levelExamples of phenolic compoundsand their rolesvLignin木质素 Reinforcing molecule(esp.in woody tissue)组成

30、物质 Decreases palatabilityvTannins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Examples of phenolic compoundsand their rolesvFlavonoidsv Anthocyanins（花青素）:Pigmentation(pollinator attractant)v Flavones and Flavonols（黄酮和黄酮醇）:UV protection and beevAtt

31、ractant（引诱剂）：(nectar guides花蜜引导)v Isoflavones（异黄酮）:Antimicrobial（抗菌）,antiestrogenic（抗雌激素）三、含氮次级化合物三、含氮次级化合物l生物碱生物碱(alkaloid)：核酸的组分，亦是维生素：核酸的组分，亦是维生素B1、叶酸和生物素的组叶酸和生物素的组 分，分，它对动物有毒，可起防它对动物有毒，可起防御敌害作用；是重要药物的御敌害作用；是重要药物的 有效成分，如奎宁、有效成分，如奎宁、吗啡、利血平、阿托品等。吗啡、利血平、阿托品等。l含氰苷含氰苷(cyanogenic glycoside)：豆类、禾谷类：豆类、禾

32、谷类和玫瑰中较多，本无毒，但释放和玫瑰中较多，本无毒，但释放HCN。l芥子油苷芥子油苷(mustard oil glycoside)：十字花科，：十字花科，本无毒，但水解后产生有毒物质。本无毒，但水解后产生有毒物质。l非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸(nonprotein amino acid)：不构成：不构成蛋白质的氨基酸，有毒性，有的阻止蛋白质的氨基酸，有毒性，有的阻止 蛋白氨基酸蛋白氨基酸的合成或吸收。的合成或吸收。Nitrogen-Containing Compounds:vOnly chemical similarity is the presence of nitrogen somewhe

33、re in the moleculevWell studied because of their toxicity to animals and their medicinal valuevPerhaps the most easily-recognizable group of secondary compounds in plantsExamples of N-containingcompounds and their rolesvAlkaloidsv A large group of compounds found in 20%ofall plant speciesv All conta

34、in a heterocyclic ring杂环(i.e.,a ring formed from carbons and one nitrogen)v Best known for their pharmacological effect on animals(动物药理学的效应)Examples of alkaloidsExamples of N-containingcompounds and their rolesvCyanogenic glycosides含氰苷，存在与叶表皮的液泡中v A large group of compounds found in thousands of pla

35、nt speciesv Stored in leaves(cherry樱桃,Johnson grass),seeds(apple,peach),or roots(cassava木薯)v Enzymatic release of cyanide gas following herbivoryExamples of N-containingcompounds and their rolesvGlucosinolates(mustard oil glycosides)芥子油苷芥子油苷：十字花科，本无毒，但水解后产生有毒物质。十字花科，本无毒，但水解后产生有毒物质。v Principally foun

36、d in plants from the Brassicaceaev Enzymatic release following herbivoryv Volatile defensive compounds 挥发性防御物(toxins,deterrents)v Can also serve as attractants引诱剂Examples of N-containingcompounds and their rolesl非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸：不构成蛋白质的氨基酸，有：不构成蛋白质的氨基酸，有毒性，有的阻止毒性，有的阻止 蛋白氨基酸的合成或吸收。蛋白氨基酸的合成或吸收。vNon-protein amino acidsv Interfere with herbivore protein synthesisv Replace normal amino acids to create nonfunctional proteins