第3章光合作用
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蛋白质30%—45% 叶绿体色素 8% 脂类 20%—40% 储藏物质 10%—20% 灰分元素 10% NAD、NADP、醌等 DNA、RNA等遗传物质
二、 叶绿体色素
1. 种类
Chla
叶绿素chlorophyll Chlb
Chl c,d
Bacteriochl
类胡萝卜素carotenoid Carotene
叶绿体
3 光合作用的意义：
1)无机物→有机物：植物每年同化C 2×1011吨，其中的40%由水中
的plankton 固定。(绿色工厂)
2）太阳能→化学能 植物年贮能3× 1021焦耳。（能量转换站） 3）净化环境，调节大气成分：CO2→O2
光合作用导致游离氧的产生，使生命延伸到陆地，并 改变了大气成分。
Chapter 3 Photosynthesis
§1 光合作用及其重要性
1、光合作用的概念
光合作用Photosynthesis : 绿色植物吸收阳光的能量，同化H2O和CO2
制C2O造、2有+ H表机2O物达绿—光质色式—能同细（胞时C放H2出O）O2+的O过2潘程。6CO2+ 6H绿2O色—细C胞6H12O6+6O2沈同
COOCH3
COOK
C32H30ON来自百度文库Mg
+KOH → C32H30ON4Mg COOC20H39
+CH3OH +C20H39OH COOK
C32H30ON4Mg
COOCH3 +2HCl→ C32H30ON4H2
COOC20H39
COOCH3 +2MgCl2
COOC20H39
去镁叶绿素,褐色
C32H30ON4H2
COOCH3 +(CH3COO)2Cu→
COOC20H39
C32H30ON4Cu
COOCH3 + 2CH3COOH
COOC20H39
铜代叶绿素，兰绿色
d) 叶绿素不溶于水，但溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶 剂，chla呈兰绿色，chlb呈黄绿色。
2)类胡萝卜素：
a)组成： 胡萝卜素：C40H56，叶黄素：C40H56O2，后者是前 者衍生的二元醇。
HO
b) 结构 两端为紫罗兰酮 环，中间为共轭双键， 易于光能的传递。特别 不稳定，易被氧化。
除吸收光能外，对chl 具保护作用
c) 不溶于水而溶于有机 溶剂，胡萝卜素呈橙 黄色，叶黄素呈黄色。
β-Carotene
xanthophyll OH
三 叶绿体色素的光学特性
1、太阳光的连续光谱与光的能量
1)太阳光的连续光谱：
Chlorophyll a Chlorophyll b phycobilin
c) 化学性质：叶绿素是叶绿酸与甲醇、叶醇形成的二元酯
chla C32H30ON4Mg
COOCH3
COOC20H39 COOCH3
chlb C32H28O2N4Mg COOC20H39
可发生皂化反应(与强碱反应生成盐)， 还可发生取代反应(Mg可被H或Cu取代)
2、叶绿体色素对太阳光的选择吸收
A: 叶绿素
叶绿素对红光和兰紫光有很强的选择吸收，红光 吸收区640～660 nm，兰紫光吸收区为430～450 nm，而对绿光吸收很少，因此叶绿素呈绿色。
chla 的 红 光 吸 收 峰 为 660nm, 兰 紫 光 吸 收 峰 为 430nm
chlb 的 红 光 吸 收 峰 为 643nm, 兰 紫 光 吸 收 峰 为 435nm
藻胆素存在于红藻和蓝 藻中，常与蛋白质结合， 形成藻胆蛋白：藻红蛋 白和藻蓝蛋白。
2、化学特性
1）叶绿素 a)组成 chla: C55H72O5N4Mg; chlb: C55H70O6N4Mg B)化学结构
叶绿素分子的头部 含4个吡咯环，通过 4个甲烯基连成一个 卟啉环，Mg位于卟 啉环的中央。如此 形成一个巨大的共 轭双键系统，易于 叶绿素以诱发共掁 的方式传递能量。 其尾部是长长的叶 醇链，具疏水性。 头尾间呈90度。
除少数chla起光能转换作用外， 大多数chla,全部的chlb、 carotenoid、phycobilin只起收 集与传递光能的作用，
bacteriochl 只存在于细菌中。
胡萝卜素
Xanthophyll 叶黄素
藻胆素phycobilin 藻红素 phycoerythrobilin
藻蓝素 phycocyanobilin
光合作用使大气中的CO2、O2保持相对稳定。（净化器）
光合作用在实现四个现代化中的作用
工业、农业、国防和科学技术
能源植物的开发：香胶树（巴西）、石油树（美）、煤树（西非）蜡 烛树（巴拿马）、柴油树（海南岛，巴西）、红极毛杆菌（日本）
§2 叶绿体和叶绿体色素
一、叶绿体的结构和成分
（一）叶绿体的结构 1. 膜：外膜、内膜
上式可见，不同波长的光，频率不同，所含能量也不同：
光 紫外 紫 蓝 绿 黄 橙 红
波长（λ/nm） ＜400 400~425 425~490 490~560 560~580 580~640 640~740
平 均 能 量 （ E/kjmol-1 ） 297 289 259 222 209 197 172
2.基粒：由基粒类囊体垛而成，
基粒之间由基质类囊体连接。 类囊体膜上含有叶绿体色素 和电子传递体及蛋白复合体， 是光反应的场所。
3. 基质：含有多种酶（光合作用、NO2－还原、SO42－还原等） 和DNA、RNA、核糖体、嗜锇颗粒等，是暗反应的场所。
（二）叶绿体的成分
水分 75~80% 干物质 20~25%
到达地面的波长仅为300~2600 nm，这其中包括全部的可见光， 部分红外线和部分紫外线。
2）光的能量： q=hv=hc/λ
E=L hv=L hc/λ
其中E为每一摩尔光子所具有的能量(称为该种光的爱因斯 坦值)，L为阿伏加德罗常数（6.02×1023 mol-1），h为 普朗克常数（6.63×10-34J·S）,v是频率。
CO2+ H2O光—能—（CH2O）+O2北大 6CO2+ 6H2O——C6H12O6+6O2
绿色植物
CO2+ 2H2O—（CH2O）+O2+ H2O 叶绿体色素（北农）
6CO2+ 12H2O——C6H12O6+6O2+ 6H2O（Ting） 叶绿素
CO2+ H2O——（CH2O）+O2江农 光
CO2+ H2O—--—光——CH2O+O2(Hess)
二、 叶绿体色素
1. 种类
Chla
叶绿素chlorophyll Chlb
Chl c,d
Bacteriochl
类胡萝卜素carotenoid Carotene
叶绿体
3 光合作用的意义：
1)无机物→有机物：植物每年同化C 2×1011吨，其中的40%由水中
的plankton 固定。(绿色工厂)
2）太阳能→化学能 植物年贮能3× 1021焦耳。（能量转换站） 3）净化环境，调节大气成分：CO2→O2
光合作用导致游离氧的产生，使生命延伸到陆地，并 改变了大气成分。
Chapter 3 Photosynthesis
§1 光合作用及其重要性
1、光合作用的概念
光合作用Photosynthesis : 绿色植物吸收阳光的能量，同化H2O和CO2
制C2O造、2有+ H表机2O物达绿—光质色式—能同细（胞时C放H2出O）O2+的O过2潘程。6CO2+ 6H绿2O色—细C胞6H12O6+6O2沈同
COOCH3
COOK
C32H30ON来自百度文库Mg
+KOH → C32H30ON4Mg COOC20H39
+CH3OH +C20H39OH COOK
C32H30ON4Mg
COOCH3 +2HCl→ C32H30ON4H2
COOC20H39
COOCH3 +2MgCl2
COOC20H39
去镁叶绿素,褐色
C32H30ON4H2
COOCH3 +(CH3COO)2Cu→
COOC20H39
C32H30ON4Cu
COOCH3 + 2CH3COOH
COOC20H39
铜代叶绿素，兰绿色
d) 叶绿素不溶于水，但溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶 剂，chla呈兰绿色，chlb呈黄绿色。
2)类胡萝卜素：
a)组成： 胡萝卜素：C40H56，叶黄素：C40H56O2，后者是前 者衍生的二元醇。
HO
b) 结构 两端为紫罗兰酮 环，中间为共轭双键， 易于光能的传递。特别 不稳定，易被氧化。
除吸收光能外，对chl 具保护作用
c) 不溶于水而溶于有机 溶剂，胡萝卜素呈橙 黄色，叶黄素呈黄色。
β-Carotene
xanthophyll OH
三 叶绿体色素的光学特性
1、太阳光的连续光谱与光的能量
1)太阳光的连续光谱：
Chlorophyll a Chlorophyll b phycobilin
c) 化学性质：叶绿素是叶绿酸与甲醇、叶醇形成的二元酯
chla C32H30ON4Mg
COOCH3
COOC20H39 COOCH3
chlb C32H28O2N4Mg COOC20H39
可发生皂化反应(与强碱反应生成盐)， 还可发生取代反应(Mg可被H或Cu取代)
2、叶绿体色素对太阳光的选择吸收
A: 叶绿素
叶绿素对红光和兰紫光有很强的选择吸收，红光 吸收区640～660 nm，兰紫光吸收区为430～450 nm，而对绿光吸收很少，因此叶绿素呈绿色。
chla 的 红 光 吸 收 峰 为 660nm, 兰 紫 光 吸 收 峰 为 430nm
chlb 的 红 光 吸 收 峰 为 643nm, 兰 紫 光 吸 收 峰 为 435nm
藻胆素存在于红藻和蓝 藻中，常与蛋白质结合， 形成藻胆蛋白：藻红蛋 白和藻蓝蛋白。
2、化学特性
1）叶绿素 a)组成 chla: C55H72O5N4Mg; chlb: C55H70O6N4Mg B)化学结构
叶绿素分子的头部 含4个吡咯环，通过 4个甲烯基连成一个 卟啉环，Mg位于卟 啉环的中央。如此 形成一个巨大的共 轭双键系统，易于 叶绿素以诱发共掁 的方式传递能量。 其尾部是长长的叶 醇链，具疏水性。 头尾间呈90度。
除少数chla起光能转换作用外， 大多数chla,全部的chlb、 carotenoid、phycobilin只起收 集与传递光能的作用，
bacteriochl 只存在于细菌中。
胡萝卜素
Xanthophyll 叶黄素
藻胆素phycobilin 藻红素 phycoerythrobilin
藻蓝素 phycocyanobilin
光合作用使大气中的CO2、O2保持相对稳定。（净化器）
光合作用在实现四个现代化中的作用
工业、农业、国防和科学技术
能源植物的开发：香胶树（巴西）、石油树（美）、煤树（西非）蜡 烛树（巴拿马）、柴油树（海南岛，巴西）、红极毛杆菌（日本）
§2 叶绿体和叶绿体色素
一、叶绿体的结构和成分
（一）叶绿体的结构 1. 膜：外膜、内膜
上式可见，不同波长的光，频率不同，所含能量也不同：
光 紫外 紫 蓝 绿 黄 橙 红
波长（λ/nm） ＜400 400~425 425~490 490~560 560~580 580~640 640~740
平 均 能 量 （ E/kjmol-1 ） 297 289 259 222 209 197 172
2.基粒：由基粒类囊体垛而成，
基粒之间由基质类囊体连接。 类囊体膜上含有叶绿体色素 和电子传递体及蛋白复合体， 是光反应的场所。
3. 基质：含有多种酶（光合作用、NO2－还原、SO42－还原等） 和DNA、RNA、核糖体、嗜锇颗粒等，是暗反应的场所。
（二）叶绿体的成分
水分 75~80% 干物质 20~25%
到达地面的波长仅为300~2600 nm，这其中包括全部的可见光， 部分红外线和部分紫外线。
2）光的能量： q=hv=hc/λ
E=L hv=L hc/λ
其中E为每一摩尔光子所具有的能量(称为该种光的爱因斯 坦值)，L为阿伏加德罗常数（6.02×1023 mol-1），h为 普朗克常数（6.63×10-34J·S）,v是频率。
CO2+ H2O光—能—（CH2O）+O2北大 6CO2+ 6H2O——C6H12O6+6O2
绿色植物
CO2+ 2H2O—（CH2O）+O2+ H2O 叶绿体色素（北农）
6CO2+ 12H2O——C6H12O6+6O2+ 6H2O（Ting） 叶绿素
CO2+ H2O——（CH2O）+O2江农 光
CO2+ H2O—--—光——CH2O+O2(Hess)