最新05●第五章光合作用

3、藻胆素
存在于红藻和蓝藻中，常与蛋白质结合为藻 胆蛋白，主要有藻红蛋白、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋 白。
均溶于稀盐溶液中，藻胆素的四个吡咯环形成直 链共轭体系，不含镁和叶醇链。
功能：收集和传递光能。
三、光合色素的光Leabharlann 特性（一） 光合色素的吸收光谱
到达地表的光波长大约从300nm的紫外光到2600 nm的红外光，其中只有波长大约在390～770 nm 之 间的光是可见光。
当光束通过三棱镜后，可把白光分为红、橙、黄
、绿、青、蓝、紫7色连续光谱，这就是太阳光的连
续光谱。
↓
如果把叶绿素溶液放在光源和分光镜的中 间，就可以看到光谱中有些波长的光被吸收了 ，因此，在光谱上出现黑线或暗带，这种光谱 称为吸收光谱。
叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个： 一个在波长为640～660nm的红光部分， 另一个在波长为430～450nm的蓝光部分。
05●第五章光合作用
第一节 光合作用 及 生理意义
自养生物吸收二氧化碳转变成有机物的过程叫碳素同化 作用。
不能进行碳素同化作用的生物称之为异养生物，如动物 、某些微生物和极少数高等植物。
碳素同化作用三种类型：细菌光合作用、绿色植物光合作 用 和 化能合成作用※。其中以绿色植物光合作用最为广泛 ，与人类关系也最密切。
叶黄素类
（黄色）
α— 胡萝卜素
同 分
β— 胡萝卜素 胡萝卜素 异
γ— 胡萝卜素
构 体
番茄红素
叶黄素 番茄黄色素 隐黄质 玉米黄质 辣椒红 紫黄质 新黄质，等
类胡萝卜素不溶于水而溶于有机溶剂。性质比较稳 定。
① 胡萝卜素类：C40H56 四种同分异构体中以β—
胡萝卜素最多，约占85％。其中胡萝卜素在人体内 可转化成VA，称 VA 原。（预防和治疗夜盲症）。
叶绿体，光
CO2 + 2H2O*
(CH2O) + O2* + H2O
光合作用本质上是一个氧化还原反应： H2O 是电子供体（还原剂），被氧化到O2的水平； CO2 是电子受体（氧化剂），被还原到糖的水平；
氧化还原反应所需的能量来自光能。
光合作用的意义：
1、将无机物转变成有机物。 地球上的自养植物一年同化的碳素约
由两层膜组成，间距5～10nm。被膜上无叶绿素 ，主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微 环境。
外膜为非选择性膜，分子量较小的物质能自由
通过。
内膜为选择透性膜。
2．基质
被膜以内的基础物质称为基质，以水为主体，呈淡 黄色，成分主要是可溶性蛋白质(酶)和其他代谢活跃 物质，呈高度流动性，含有CO2还原 和 淀粉合成的 全部酶系。
② 叶黄素类：C40H56O1－6 可以认为是胡萝卜素类
的加氧衍生物。
叶黄素
类胡萝卜素也有收集和传递光能的作用，除此之外， 还有防护叶绿素免受多余光照伤害的功能。
一般情况下，叶绿素/类胡萝卜素为3：1，正常的叶 片呈绿色。
叶绿素易降解，秋天叶片呈黄色。
叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中，以非共 价键与蛋白质结合组成色素蛋白复合体，以吸收和传 递光能。
◇ 光合作用 是指绿色植物吸收光能，同化 二氧化碳和水，制造有机物质并释放氧气 的过程。
光合作用的简式：
CO2 + H2O
叶绿体，光
(CH2O) + O2
1941年，美国科学家 S. Ruben和M. D. Kamen
通过18O和 C18O2 同位素标记实验，证明光合作用中释 放的O2来自于H2O。为了把CO2中的氧和 H2O 中的氧在 形式上加以区别，用下式作为光合作用的总反应式。
◆ 光合膜：光合作用的光反应是在叶绿体类囊体膜上 进行的，所以，类囊体的膜也称为光合膜。
◇ 类囊体垛叠的生理意义:
使捕光机构密集，提高捕光能力，加速光反应。 膜系统是酶的排列支架，膜垛叠形成一个长的代谢 传递带，使光合作用顺利有效地进行。
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二、 光合色素的结构与化学性质
叶绿素
－－高等植物
光合色素主要有三类： 类胡萝卜素 藻胆素－－－－－藻类
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(二) 光合色素的荧光现象和磷光现象
1．荧光现象：叶绿素溶液在透射光下呈绿色，而 在反射光下呈红色，这种现象称为荧光现象。 （类胡萝卜素也有荧光现象。）
2．磷光现象：叶绿素除了在光照时能辐射出荧光 外，当去掉光源后，还能继续辐射出极微弱的 红光，这种光称为磷光。磷光的寿命较长
淀粉在基质里形成和贮藏。
3．类囊体
类囊体：叶绿体内部由单层膜围起的扁平小囊。 膜厚度5～7nm，囊腔空间为10nm左右，内部充满 溶液；片层伸展的方向为叶绿体的长轴方向。
类囊体
类囊体分为二类： A . 基粒类囊体（构成基粒的类囊体）：
垛叠在一起成为基粒。
B. 基质类囊体：
贯穿基质之中，连接在两个基粒之间。
为 2×1011 吨，其中60%是陆生植物同化的， 余下的40%是由浮游植物同化的。
2、将光能转变成化学能。 绿色植物每年同化碳所储藏的总能量为
全球能源消耗总量的10倍。 光合作用是一个巨型能量转换站。
3、维持大气 O2 和 CO2 的相对平衡。 绿色植物在吸收CO2的同时每年释放O2
量约5.35×1011吨，使大气中O2能维持在21% 左右。
△
第二节 叶绿体与光合色素
叶片是进行光合作用的主要器官，而叶绿体是进 行光合作用的主要细胞器，截获光能靠光合色素。
一、叶绿体的结构 二、光合色素的结构与化学性质 三、光合色素的光学特性 四、叶绿素的生物合成及其与环境条件的关系
细胞壁 液泡 只存在于 叶绿体 植物细胞
植物细胞结构
1．叶绿体被膜
叶
绿
素
的
叶 绿
叶 绿
素
素
结
a
b
细 菌 叶 绿 素
构
a
含有由中心原子Mg连接四个吡咯环的卟啉环结构 和 一个使分子具有疏水性的长的碳氢链。
绝大部分叶绿素a分子和全部叶绿 素b分子具有收集和传递光能的作用。
少数特殊状态的叶绿素a分子有将 光能转换为电能的作用。
2、类胡萝卜素
胡萝卜素类
（橙黄色）
类胡萝卜素
高等植物叶绿体中含有前两类（排列在类囊体膜 上 ）；藻胆素仅存在于藻类。
1、叶绿素
叶绿素a 叶绿素b
C55H72O5N4Mg （蓝绿色） C55H70O6N4Mg （黄绿色）
不溶于水，但能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机 溶剂。
通常用 80%的丙酮 或 丙酮：乙醇：水 （4.5： 4.5：1）
的混合液来提取叶绿素。