叶绿体与光合作用
叶绿素的作用和光合作用
04
叶绿素在光合作用中角色 定位
捕获太阳能并驱动电子传递链
吸收光能
叶绿素分子中的卟啉环结构能够吸收太阳光中的特定波长的光子，从而激发电子。
传递电子
被激发的电子通过一系列的电子传递体（如电子传递链中的蛋白质复合体）进行传递，最终传递给 NADP+以形成NADPH。与ATP合成和NADPH生成过程
二氧化碳是光合作用的原料之一 ，其浓度的高低直接影响光合作 用的速率。
光照强度
光照强度直接影响光反应阶段的 进行，过弱或过强的光照都会抑 制光合作用。
水分供应
水分是光合作用的原料之一，同 时也是植物体内各种生化反应的 介质，水分供应不足会抑制光合 作用的进行。
矿质营养
植物体内的矿质元素对光合作用 也有重要影响，如氮、磷、钾等 元素的缺乏会抑制光合作用的进 行。
化学结构
叶绿素分子由一个长链的醇（叶绿醇 ）和一个卟啉环（含镁）组成，具有 共轭双键结构，能吸收可见光中的红 光和蓝紫光。
发现及研究历程
早期观察
结构与功能研究
早在18世纪，科学家就注意到植物叶 片中的绿色物质与光合作用有关。
随着化学和生物学的发展，叶绿素的 结构和功能逐渐得到揭示，包括其在 光合作用中的核心作用。
CAM植物特殊适应性
01
光合作用方式
CAM植物采用景天酸代谢途径（Crassulacean Acid Metabolism，简
称CAM）进行光合作用。这种途径允许它们在干旱和高温条件下更有
效地进行光合作用。
02
CO2固定
在夜间，CAM植物打开气孔吸收CO2，并将其固定为有机酸（如苹果
酸）。白天，气孔关闭以减少水分蒸发，同时有机酸脱羧释放CO2进行
叶绿体与光合作用
PSⅠ中的光反应及电子传递
• PSⅠ将LHCⅠ吸收的光能传给P700，被激发 P700释放一个高能电子，沿 A0→A1→FeSX→ FeSA→FeSB依次传递，传 给铁氧还蛋白(Fd)
• 最后经铁氧还蛋白-NADP还原酶作用，将电 子传给NADP+，形成NADPH。
（一）光反应（light reaction）
• 通过叶绿素等光合色素吸收光能，将光能转 变成化学能，形成ATP和NADPH的过程。
• 可分为3个主要步骤: 光能吸收、电子传递、 光合磷酸化。
1、光吸收
• 指叶绿素分子被光激发至引起第一个光化学反应 的过程，包括光能吸收、传递和转换。是光反应 最初始的反应，又称原初反应(primary reaction)
两个光系统的协同作用
PSⅡ中的光反应及电子传递
• 在PSⅡ中发生的反应可分为两大块:
• A. 水的裂解: PSⅡ将LHCⅡ吸收的光能→P680 →P680* →原初电子受体去镁叶绿素(ph-)
• P680*带正电→从原初电子供体Z(反应中心D1 蛋白上的一个tyr侧链)得电子而还原→ Z+从含 Mn蛋白的放氧复合体上获取电子→氧化态的放 氧复合体从水中获取电子→水光解。
（2）光合作用单位(photosynthetic uint)
• 光合作用的功能单位是由叶绿素、类胡萝 卜素、脂和蛋白质组成的复合物，也叫光 系统。
• 每一个光系统有两个基本成分：捕光复合 物(light harvesting complex)和光反应 中心。
A、捕光复合物：由约200个叶绿素分子和 一些与蛋白质相连的类胡萝卜素组成。
第十一章叶绿体与光合作用
二、类囊体
是单层膜围成的扁平小囊，沿叶绿体的长轴平行排列。 膜上含有光合色素和电子传递链组分，又称光合膜。
许多类囊体象圆盘一样叠在一起，称为基粒，组成基 粒的类囊体，叫做基粒类囊体，构成内膜系统的基粒 片层（grana lamella）。基粒直径约0.25~0.8μm， 由5~30个类囊体组成。每个叶绿体中约有40~80个 基粒。类囊体膜中含有叶绿素，是光合作用基地。
第十一章叶绿体与光合作用Βιβλιοθήκη 间质9个亚基3个亚基
近间质的类囊体膜表面上大量小颗粒，直径1013nm，具光系统I（PSI）活性。（基粒类囊体 和间质类囊体上）
与间质非接触的类囊体膜上（叠置区）大颗粒 10-18nm，光系统II（PSII）。（基粒类囊体上）
PSI 和PSII的分布在光合作用的电子传递和ATP、 NADPH的产生方面起着重要作用。
第十一章叶绿体与光合作用
高等植物叶肉细胞叶绿体超微结构示意图
叶片上表皮
叶绿体 间质
基粒
外膜
类囊体膜 内膜 膜间隙
类囊体腔
线粒体和叶绿体的比较
第十一章叶绿体与光合作用
一、叶绿体被膜
双层膜，外膜分布有孔蛋白，透性高，细胞质 中的大多数营养分子均可自由穿过外膜进入膜 间隙。
内膜透性低，对穿运物质有严格的选择性，物 质必须依靠内膜上的特殊载体才能从膜间隙进 入间质。
第十一章叶绿体与光合作用
微管束
叶肉
基粒
间质
第十一章叶绿体与光合作用
第十一章叶绿体与光合作用
第十一章叶绿体与光合作用
第十一章叶绿体与光合作用
第二节 叶绿体的超微结构
叶绿体是由双层单位膜围成的细胞器，由被 膜、类囊体、间质三部分组成。 被膜分为内膜和外膜，之间有厚约20nm的 空隙，称为膜间隙。内膜所包围的空间内充 有无结构的可溶性物质，即间质。类囊体悬 浮在间质中。
光合作用中叶绿体结构与功能间的相互关系解析
光合作用中叶绿体结构与功能间的相互关系解析光合作用是生物界中最重要的能量转换过程之一，通过该过程植物能够利用阳光的能量将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
在光合作用中，叶绿体起着至关重要的作用。
本文将分析叶绿体的结构与功能之间的相互关系，探讨叶绿体在光合作用中的重要作用。
首先，让我们来了解叶绿体的结构。
叶绿体是一种细胞器，存在于植物细胞和一些原生生物中，其主要功能是进行光合作用。
叶绿体的外部结构由两层膜组成：内膜和外膜之间形成一个空间，称为叶绿体间腔。
内膜上布满了称为光合作用单元的结构，称为类囊体。
类囊体内包含着许多著名的色素簇——叶绿素。
叶绿素是一种特殊的生物质分子，它们能够吸收光能并转化为化学能。
叶绿体的结构与其功能密切相关。
首先，叶绿体的双层膜提供了隔离和保护光合作用过程所需条件的环境。
外膜具有许多蛋白通道，通过这些通道可以控制物质的进出。
内膜则在很大程度上决定了类囊体的形状和大小，并通过内膜通透性的调节来控制物质的运输。
其次，类囊体是光合作用的核心结构。
类囊体内膜上黏附着光合作用单元，其中包含大量的叶绿素分子。
叶绿素是光合作用的关键色素，它能够吸收光能并将其转化为电子能和激发态能。
通过这些激发态能，植物能够捕获光能，并将其转化为高能化学物质。
叶绿素分子还包含一些辅助色素，如类胡萝卜素和叶黄素等。
这些辅助色素能够扩大光谱范围，使植物能够吸收更多的光能。
叶绿素在光合作用过程中起到了关键的作用。
当光能被吸收后，叶绿素中的电子会被激发到高能态。
随后，这些激发态电子将通过电子传递链在类囊体膜中传递。
通过这个过程，植物将光能转化为电子能，并将其储存起来。
这些储存的电子能将通过氧化还原反应转化为化学能，用于合成有机物质。
此外，叶绿体还参与了其他重要的光合作用过程，如光合磷酸化和光呼吸。
在光合磷酸化过程中，叶绿体利用储存的电子能将无机磷酸化合物转化为有机磷酸化合物，这是植物合成ATP所必需的。
光呼吸是一种在强光或高温条件下发生的代谢途径，其过程中叶绿体会释放出二氧化碳并生成氧气。
叶绿体与光合作用精讲课件
第八章叶绿体与光合作用8.1叶绿体结构组成8.1.1叶绿体的形态、数量、分布8.1.2叶绿体结构与组成8.1.3叶绿体蛋白定位8.2光合作用8.2.1光反应阶段8.2.2暗反应阶段8.2.3光呼吸与C4、CAM途径8.3叶绿体发生与遗传8.3.1叶绿体形成8.3.2叶绿体的自主性8.3.3叶绿体起源8.1叶绿体结构组成8.1.1叶绿体的形态、数量、分布叶绿体的形态大小、数量、分布受遗传因素及环境因素的影响。
不同植物、不同组织处细胞内的叶绿体性状变化较大，而且在光能的变化下改变位置与排列。
8.1.2叶绿体结构与组成三膜三空间（1）外膜：通透性大，氧气、二氧化碳、水自由通过，有孔蛋白。
（2）膜间间隙：由于外膜的高通透性，成分与胞质溶胶相似。
（3）内膜：通透性小，蛋白质含量高，有丰富的转运蛋白，如磷酸交换载体、二羧酸交换载体，其物质转运全部依靠浓度梯度驱动。
（4）叶绿体基质：二氧化碳固定所需酶类，叶绿体DNA，RNA，核糖体等，最多的是淀粉颗粒，还有含脂的沉积物质体球，由类囊体膜破类形成。
（5）类囊体膜：光反应阶段电子传递的蛋白复合体，以及CF1颗粒等。
不饱和脂肪酸含量高，膜具有较大流动性。
（6）类囊体基质。
8.1.3叶绿体蛋白定位（1）叶绿体基质蛋白的定位类似于线粒体，需要叶绿体基质蛋白的N端导向序列。
（2）类囊体蛋白定位需要叶绿体基质蛋白导向序列及类囊体膜或类囊体基质导向序列。
质体蓝素保持非折叠状态，直至进入类囊体基质。
金属结合蛋白以折叠状态进入类囊体基质。
8.2光合作用8.2.1光反应阶段分为光能吸收、电子传递、光合磷酸化三个阶段（1）光能吸收天线色素蛋白复合体。
规则为共振转移学说、能量递减，将光能传递到光反应中心。
其中天线色素之间的距离在能量传递过程中起关键作用，由蛋白质构建。
光系统中的捕光复合体。
光系统分为PSII与PSI两个，均由捕光复合体及光反应中心复合体组成。
分别为LHCII与LHCI，负责将光能传递给光反应中心复合体。
光合作用的机理
光合作用的机理
光合作用是植物及某些微生物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的生物化学过程。
下面是光合作用的基本机理：
1.光能吸收：光合作用发生在植物细胞的叶绿体中。
叶绿体内含有一种绿色的色素分子叫叶绿素，它能够吸收光能。
光能主要被吸收在叶绿素分子中的一个特殊结构叫反应中心。
2.光合色素捕获光能：当叶绿素分子吸收到光能后，光能将能量传递给反应中心的电子。
这个过程被称为光合色素的激发，激发后的电子具有高能量。
3.光化学反应：激发的电子随后经过一系列复杂的光化学反应，其中一个关键步骤是光合作用的两个主要阶段：光能转化和化学能转化。
4.光能转化：在光能转化阶段，激发的电子通过一系列电子传递过程在叶绿体内移动，形成光合电子传递链。
这个链上的蛋白质复合物将电子从一个分子传递到另一个分子，释放出能量。
这个过程中，能量逐渐被升级，保存为能高且稳定的分子中，如ATP（三磷酸腺苷）。
5.化学能转化：在化学能转化阶段，由光能转化产生的高能电子和ATP提供能量，将二氧化碳（CO2）和水（H2O）通过一系列酶催化的反应转化为葡萄糖和其他有机物。
这个阶段被称为碳固定，其主要反应是卡尔文循环。
光合作用的机理是通过吸收和利用光能，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。
这个过程依靠叶绿体中的叶绿素和其他辅助色素分子，通过光能转化和化学能转化两个阶段的反应来实现。
光合作用是地球上生命能量流动的关键过程，为维持生态平衡和氧气的供应发挥着重要作用。
第一节 叶绿体与光合作用
化学能 化养生物 光 能 光养生物 光合作用 光 2H2O+CO2 (CH2O)n+H2O+O2 叶绿体(光合作用片层) 线粒体
第七章
线粒体和叶绿体
• 第一节 叶绿体与光合作用 • 第二节 线粒体与氧化磷酸化
• 第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 • 第四节 线粒体和叶绿体的增殖和起源
•
•
• (2)电子传递 • H2O • PC • PQH2
PQ NADP+ PC(PSII
PSI)
• 2、光合磷酸化(形成ATP) • (1)H+质子电化学梯度的建立 • (2)CF0-CF1 ATP合成酶: • 由两部分组成, 即头部(CF1)和膜部(CF0)
(三) CO2的固定反应(形成有机物)
• 卡尔文循环 • C4植物与C4途径 • CAM植物
第一节 叶绿体与光合作用
• 一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构 • 二、叶绿体的功能
一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构
• 叶绿体 • 前质体 质体 有色体 • 白色体 • (一)叶绿体的形态、数目和分布:高等植物 中的叶绿体为香蕉型 • (二)叶绿体的结构: • 1. 叶绿体膜:内膜、外膜 • 2.类囊体:基粒类囊体和基质类囊体 • 3.基质
(三) CO2的固定反应(形成有机物):
活跃的化学能 稳定的化学能 此过程不直接需要光(暗反应),在叶绿体基质中进行 小结
(一) 光能吸收、传递和转换(生成高能电子) • 叶绿素 • (1)色素分子 类胡萝卜素 • 藻胆素 • (2)光能吸收、传递和转换 •
• 捕 光 复 合 物
(light-harvesting complex,LHC)
叶绿体光合作用
叶绿体光合作用叶绿体光合作用是指植物叶绿体内发生的一系列光合反应，通过这些反应，植物能够将阳光能转化为化学能，并产生氧气和葡萄糖。
叶绿体光合作用是植物生存和生长的重要过程，也是地球上维持生物多样性的关键。
叶绿体是植物细胞中一个重要的细胞器，其内部含有叶绿素、类胡萝卜素等色素。
在叶绿体的膜系统中，存在着两种主要的膜结构：叶绿体内膜系统和叶绿体外膜。
叶绿体内膜系统包括激光粒体内膜、谷网体内膜和类囊体内膜。
激光粒体内膜是叶绿体内最具活力的膜系统，其作用是捕获太阳光并将能量转化为化学能。
叶绿体光合作用主要包括两个阶段：光反应和暗反应。
光反应发生在叶绿体内膜的激光粒体中，其作用是利用光能将水分解为氧气、氢离子和电子。
叶绿体内的叶绿素分子通过吸收光能，激发了其中的电子，使其激发态具有更高的能量。
光反应产生的氧气释放到外界，而氢离子和电子则被载体分子NADP+还原为NADPH。
暗反应发生在叶绿体内的谷网体中，其作用是利用光反应产生的ATP和NADPH，以及二氧化碳分子，合成葡萄糖等有机物。
暗反应中最重要的化学反应是卡尔文循环。
在卡尔文循环中，光反应产生的ATP提供了能量，而光反应产生的NADPH提供了电子，二氧化碳经过一系列酶的作用，在多次反应中逐渐转化为糖分子。
叶绿体光合作用的整个过程是一个复杂的化学过程，需要多个酶和载体分子的参与。
这些酶和载体分子的活性和浓度受到许多因素的影响，包括光照强度、温度、水分和营养物质等。
不同的植物对这些因素的响应也有所不同，但总体上来说，光照和二氧化碳浓度是影响光合作用的最重要因素。
叶绿体光合作用不仅为植物提供了能源，也为整个生态系统提供了氧气和有机物质。
通过光合作用，植物能够从大气中吸收二氧化碳，并释放出氧气。
这些氧气进一步被其他生物组织利用，从而维持了整个生物圈的氧气含量。
同时，光合作用还通过合成葡萄糖等有机物，为其他生物提供了食物和能量来源。
总而言之，叶绿体光合作用是植物生存和生长的必需过程，也是地球上维持生物多样性的关键。
生物：光合作用的叶绿体结构
生物：光合作用的叶绿体结构光合作用是生物界中一个极为重要的生物化学过程，它为生物提供了能量和有机物质。
而这一过程的关键场所就是叶绿体。
本文将详细介绍光合作用的主要场所——叶绿体的结构组成及其功能。
叶绿体的结构叶绿体的外膜是一层平滑的生物膜，其主要作用是保护内部结构，同时控制物质的进出。
外膜上存在多种通道和载体蛋白，负责物质的运输和交换。
叶绿体内的膜较外膜更为复杂，其上有许多褶皱，称为嵴。
这些嵴大大增加了叶绿体内的膜面积，为酶和光合色素提供了更多的附着点。
内膜的主要功能是分隔叶绿体的内部环境，使其与细胞质基质有所不同。
类囊体薄膜类囊体薄膜是叶绿体内最重要的结构之一，其上含有大量的光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素等。
类囊体薄膜分为两种类型：基粒和基质片层。
基粒是类囊体薄膜上的一种特殊结构，其上含有大量的光合色素，是光反应的场所。
而基质片层则主要负责将光反应和暗反应联系起来，传递光能和化学能。
叶绿体基质叶绿体基质是类囊体薄膜之间的空间，其内含有大量的酶和核糖体，是暗反应的场所。
叶绿体基质中含有两种类型的酶：光依赖酶和光独立酶。
光依赖酶在光反应中发挥作用，将光能转化为化学能。
而光独立酶则在暗反应中，利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳还原为有机物质。
叶绿体的功能光合作用叶绿体是光合作用的主要场所，通过光合作用，叶绿体将光能转化为化学能，将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
这一过程分为两个阶段：光反应和暗反应。
1.光反应：在光反应中，叶绿体内的类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将水分子分解为氢离子、电子和氧气。
同时，光能还将ADP和无机磷酸盐转化为ATP。
2.暗反应：在暗反应中，叶绿体基质中的酶利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳还原为有机物质。
这一过程也称为Calvin循环。
细胞代谢调控叶绿体不仅是光合作用的场所，还参与细胞内的其他代谢过程。
例如，叶绿体可以通过调节基因表达来适应不同的光照条件，以保证光合作用的效率。
第二节 叶绿体和光合色素
一、叶绿体叶片是光合作用的主要器官，而叶绿体（chloroplast,chlor）是光合作用最重要的细胞器。
（一）叶绿体的发育、形态及分布1.发育高等植物的叶绿体由前质体(proplastid)发育而来，前质体是近乎无色的质体，它存在于茎端分生组织中。
当茎端分生组织形成叶原基时，前质体的双层膜中的内膜在若干处内折并伸入基质扩展增大，在光照下逐渐排列成片，并脱离内膜形成囊状结构的类囊体，同时合成叶绿素，使前质体发育成叶绿体。
幼叶绿体能进行分裂。
2.形态高等植物的叶绿体大多呈扁平椭圆形，每个细胞中叶绿体的大小与数目依植物种类、组织类型以及发育阶段而异。
一个叶肉细胞中约有10至数百个叶绿体，其长3～7μm，厚2～3μm。
3.分布叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁，在与非绿色细胞(如表皮细胞和维管束细胞)相邻处，通常见不到叶绿体。
这样的分布有利于叶绿体同外界进行气体交换。
4.运动叶绿体在细胞中不仅可随原生质环流运动，而且可随光照的方向和强度而运动。
在弱光下，叶绿体以扁平的一面向光以接受较多的光能；而在强光下，叶绿体的扁平面与光照方向平行，不致吸收过多强光而引起结构的破坏和功能的丧失。
(二)叶绿体的基本结构叶绿体是由叶绿体被膜、基质和类囊体三部分组成(图4-4)。
图4-4 叶绿体的结构示意图A.叶绿体的结构模式；B.类囊体片层堆叠模式1.叶绿体被膜(chloroplast envelope) 叶绿体被膜由两层单位膜组成，两膜间距5～10nm 。
被膜上无叶绿素，它的主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。
外膜(outer membrane)为非选择性膜，分子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐等能自由通过。
内膜(inner membrane)为选择透性膜，CO 2、O 2、H 2O 可自由通过；Pi 、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器(translocator)才能通过；蔗糖、C 5`C 7糖的二磷酸酯、NADP +、PPi 等物质则不能通过。
第十三章叶绿体与光合作用
（2）原初反应过程
吸收光和水的光解
第十三章叶绿体与光合作用
光合作用是地球上有机体生存和发展的根本源泉
植物、藻类、光合细菌利用光能经过复杂的反应将 二氧化碳和水合成有机分子，并释放氧气。
主要内容：
1、掌握叶绿体的超微结构及化学组成特点； 2、掌握叶绿体光合作用的基本过程及结构基础 3、了解叶绿体的半自主性及来源。
叶绿体----植物细胞、 藻类和光合细菌中， 除线粒体以外的另外 一种能量转换细胞器。
间质
9个亚基
3个亚基
光系统I（PSI）主要分布在近间质的类囊体膜表面上，为直径 10-13nm小颗粒。（基粒类囊体和间质类囊体）
光系统II（PSII）主要分布在与间质非接触的类囊体膜上（叠 置区），为10-18nm大颗粒。（基粒类囊体）
间质
间质
PSI
PSII
（三）间质
叶绿体被膜与类囊体之间的无定形物质，主 要为一些可溶性成分，各种酶类；另有DNA、 RNA、 核糖体等有形成分。
2、蛋白质(60%)：多与叶绿素结合成复合物，最多的复 合物是CPⅠ和CPⅡ（叶绿素-蛋白复合物）；CPⅠ的叶 绿素a/叶绿素b=12:1；CPⅡ叶绿素a/叶绿素b=1:1。
CPⅠ与光系统Ⅰ（PSⅠ）的活性有关；
CPⅡ与光系统Ⅱ（PSⅡ）的活性有关。
光系统含有捕光复合物和反应中心两部分。
捕光复合物或称天线复合物，无光反应活性，可接收光，集中 后传给PSⅠ和PSⅡ。
间质 类囊体膜
水裂解酶
类囊体腔
天线复合体
P680
质体醌
P700
质体蓝素
铁氧还 蛋白
质子顺质子化学 梯度流动
光合作用过程中电子沿类囊体膜中的电子传递链传递
叶绿体在光合作用中的的作用
叶绿体在光合作用中的的作用
叶绿体是植物细胞中进行光合作用的重要结构，它在光合作用中起到了关键的作用：
1. 吸收光能：叶绿体中含有叶绿素，它能够吸收太阳光中的光能，并将其转化为化学能，为光合作用提供能量。
2. 固定二氧化碳：叶绿体通过一种称为二磷酸核酮糖羧化酶的酶，将大气中的二氧化碳固定下来，并与一种称为5-磷酸核酮糖的有机分子结合，形成一个含有6 个碳原子的化合物，这个过程称为二氧化碳的固定。
3. 合成有机物质：利用固定的二氧化碳和吸收的光能，叶绿体通过一系列复杂的化学反应，将无机物质合成为有机物质，如葡萄糖、淀粉等。
4. 释放氧气：在光合作用的过程中，叶绿体将水分子分解为氧气和氢离子，释放出的氧气进入大气中，为生物提供了呼吸所需的氧气。
综上所述，叶绿体在光合作用中起到了吸收光能、固定二氧化碳、合成有机物质和释放氧气的重要作用。
它是植物进行光合作用的场所，为植物的生长和发育提供了能量和物质基础，同时也对维持地球上的
生态平衡起着至关重要的作用。
叶绿素在光合反应中的作用
叶绿素在光合反应中的作用
叶绿素是绿色植物所具有的一种色素，它是光合作用中发挥重要作用的物质之一。
它位于叶绿体内，是一种具有美丽绿色的分子，能够吸收光并转化成化学能。
在光合反应中，叶绿素起着至关重要的作用。
首先，叶绿素是光合作用中光能转化为化学能的一个核心物质。
通过吸收来自
太阳的光能，叶绿素能够将光能转化成化学能，并将这些能量保存下来，以便从中提取出生命所需。
其次，叶绿素还能够起到捕获光能、传递电荷等作用。
在光合反应中，叶绿素
处于光反应的最前端，它通过光吸收并产生激发态能量，在光反应的过程中，这些激发态的电子会被叶绿素的分子吸收，然后在整个复杂的光反应过程中不断传递和接收电子，最终被用于产生ATP分子和NADPH电子传递分子。
除了这些功能，叶绿素还参与到了光合反应中不同反应环节的生物化学反应中。
例如在光合反应的光依赖反应中，它能够将来自太阳的光能捕获并将其转化成物质能，同时还伴随着光合色素分子的不断转换，维持光合反应以及生物体内部分过程的正常进行。
总而言之，叶绿素在光合反应中扮演着重要的角色。
它是捕获光能、转化能量
的核心物质，并参与到了生物反应的各个环节中，是生命活动中不可或缺的一部分。
同时，我们通过研究叶绿素的特殊结构和作用，可以推动生物技术和相关学科的发展，为未来的生命科学和生物技术领域做出更多的进展和贡献，这对人类及其他生命形式均具有重要的意义。
叶绿素光合作用原理
叶绿素光合作用原理
叶绿素光合作用原理是：绿色植物中的叶绿体利用其叶绿素利用光把空气中的二氧化碳通过碳循环以有机物的形式固定下来，为植物的生长提供营养。
同时，光合作用还会放出氧气。
绿色素是一类与光合作用有关的最重要的色素。
光合作用是通过合成一些有机化合物将光能转变为化学能的过程。
叶绿素实际上见于所有能营光合作用的生物体，包括绿色植物、原核的蓝绿藻（蓝菌）和真核的藻类。
叶绿素从光中吸收能量，然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物。
叶绿体功能和基因转录调控与光合作用和养分代谢研究
叶绿体功能和基因转录调控与光合作用和养分代谢研究叶绿体是植物细胞内一个非常重要的细胞器，其中包含着大量的光合色素和其他重要的代谢酶，可以将光转化为生物能量，并且通过光合作用和养分代谢为植物提供所需的营养物质。
在植物生长和发育过程中，叶绿体的功能和基因转录调控显得尤为重要，这也是目前研究的热点和难点之一。
首先，光合作用是叶绿体最重要的功能之一。
光合作用是指叶绿体中光合色素吸收光能，将其转化为生物能量，然后通过化学反应将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物质，同时还释放出氧气。
这些有机物质不仅为植物提供能量，还可以用于合成蛋白质、核酸等重要的生物分子。
因此，光合作用对于植物生长发育非常重要。
在研究光合作用过程中，我们需要探究光合色素的吸收与传递、电子传递链和环氧化酶的作用等一系列的复杂生化过程。
其次，前期研究表明，叶绿体的基因转录调控是光合作用和养分代谢的关键调节机制之一。
叶绿体中有自己的基因组，它们可以编码参与光合作用和其他代谢过程的重要酶和蛋白质。
而这些基因的表达受到许多因素的调控，包括光照、温度、水分和营养水平等。
如何准确地调控这些关键基因的表达，是影响叶绿体代谢的关键因素之一。
研究表明，许多调节因子和转录因子可以通过对基因的阶段性表达和转录后加工等方式，实现对叶绿体基因转录的调控。
最后，养分代谢是叶绿体的另一个关键功能。
除了光合作用，叶绿体还参与了植物的一些重要营养代谢过程，例如硝酸盐还原、植酸代谢和非编码RNA调节等等。
这些代谢过程也需要叶绿体内部的一系列酶和蛋白质的协同作用，以产生所需的代谢产物。
同时，叶绿体与其他细胞器的相互作用也对养分代谢有着重要作用。
例如，叶绿体与线粒体之间的互动可以影响氧化还原状态和能量代谢等过程。
总之，叶绿体的功能和基因转录调控与光合作用和养分代谢研究是目前植物学研究的一个重要方向。
研究和了解叶绿体的生理过程和分子机制，可以为我们更好地探究植物生长、发育、抗逆和环境适应性等方面提供重要的参考和指导。
叶绿体与光合作用
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• ，由类囊体腔一侧传向类囊体基质一侧的铁氧还 蛋白（ferredoxin，FD）。最后在铁氧还蛋白NADP还原酶的作用下，将电子传给NADP+，形 成NADPH。失去电子的P700从PC处获取电子而 还原。 • 以上电子呈Z形传递的过程称为非循环式光合 磷酸化，当植物在缺乏NADP+时，电子在光系统 内Ⅰ流动，只合成ATP，不产生NADPH，称为循 环式光合磷酸化。
C4植物光和类型的优点
• 该类型的优点是，二氧化碳固定效率比 C3高很多,有利于植物在干旱环境生长。 C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在 叶肉细胞中，因为这是卡尔文循环的场 所，而维管束鞘细胞则不含叶绿体。而 C4植物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞 内，因为C4植物的卡尔文循环是在此发 生的。
影响光合作用的外界条件
叶绿体被膜的结构及特性
• 叶绿体是由外膜、内膜、类囊体将内部分 成了三个不同的区室：膜间间隙、叶绿体 基质和类囊体腔。 内膜和外膜合称为被
膜
• 叶绿体膜的结构和化学组成 • 叶绿体被膜的通透性与内膜转运蛋白
叶绿体膜的结构和化学组成
• （一）结构 • 叶绿体和线粒体一样是双层膜结构的细胞 器，但叶绿体内膜并不向内形成嵴。 • 周质网可以增加内膜的面积 • 膜间间隙将叶绿体的内外膜分开 • （二）化学组成 • 详见书 307页
一、叶绿体的来源与分布 The origin and distribution of chloroplast
• （一）叶绿体的来源(The origin of chloroplast) • 质体：质体是植物细胞中一类细胞器的总 称，这类细胞器都是由共同的前提——前 质体分化而来。
前质体是一些有双层膜 包被着未分化的基质所 组成的
光合作用过程中叶绿体的功能与结构
光合作用过程中叶绿体的功能与结构光合作用是一种生命过程，它在地球上的生物界中起着至关重要的作用。
而这个过程的核心则是叶绿体，它是植物和一些藻类的细胞中的一个关键器官。
在光合作用中，叶绿体发挥着重要的功能，同时拥有一套独特的结构。
叶绿体是一种双膜封闭的细胞器，它存在于细胞的质体内。
叶绿体大多呈椭圆形或扁圆形，大小一般在2到10微米之间。
叶绿体的外膜和内膜之间形成了一个双膜夹层，称为基质。
光合作用中，叶绿体的功能主要体现在成熟的叶绿体内。
首先，叶绿体在光合作用中的主要功能是光合作用的发生地。
光合作用是指植物和一些藻类利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质以及氧气的化学反应过程。
光合作用发生在叶绿体内的光合膜系统中。
这个系统由成熟的叶绿体内的类囊体（叶绿体内膜的扁平囊泡）组成。
类囊体内包含着叶绿体的色素分子，如叶绿素、类胡萝卜素等，它们能够吸收太阳光并转化为化学能。
通过光合作用，植物能够制造出自己生长所需的有机物质，并释放出氧气。
其次，叶绿体在光合作用中的另一个重要功能是光合产物的合成。
通过光合作用，叶绿体中的能量转化为化学能后，它们会参与到一系列生化反应中，最终合成出葡萄糖等有机物质。
这些有机物质不仅可以满足植物的生长需求，还可以作为其他生物的食物来源。
植物通过光合作用提供养分，维持着整个生态系统的运转。
除了上述的功能，叶绿体还具备一些其他的重要结构。
叶绿体内的基质中存在着一种叫做核糖体的结构，它是合成叶绿体内蛋白质的地方。
核糖体由RNA和蛋白质组成，能够根据核糖体所携带的mRNA模板进行蛋白质合成。
这些合成出的蛋白质可以是光合作用所需的酶、色素分子等，也可以是其他细胞器所需的蛋白质。
叶绿体还有一类重要的结构是糖体（grana）和类囊体（thylakoid）。
糖体是叶绿体内一系列类囊体排列成的片状结构，它们通过基质区域相互连接。
糖体中含有大量叶绿体的光合色素，并与光合膜系统密切相关。
类囊体是指叶绿体内膜上的扁平囊泡，其中富集了大量的色素分子。
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第二节 叶绿体的超微结构
叶绿体外被
外膜
内膜
基质类囊体 (基质片层)
类囊体 基粒类囊体
基粒
膜间隙
叶绿体超微结构的模式图解
基质
类囊体腔
叶绿体的超微结构：
叶绿体外被
双层单位膜 每层厚约6~8nm
外膜的通透性大 内膜选择性强(特殊载体)
膜间隙 内、外两层膜之间厚约10~ 20nm的空隙 叶绿体 类囊体(thylakoid) 基粒类囊体: 基粒(grana)
光合磷酸化
叶绿素分子
捕光色素
能吸收光能, 但没有光化 学活性(天线色素)
电子载体在类囊体膜中的分布电子 递链特 异性抑 制剂的 作用部 位
第四节 叶绿体的功能
一、光合作用的基本过程 二、光反应 三、暗反应
一、光合作用的基本过程
光合作用全过程各个阶段示意图
光合作用的光反应在类囊体中进行；暗反应（碳固定反应）在叶绿体间质中进行
叶
绿
体
中
光
合
作
用
两
个
反
O2
应
的
光反应
质体是由前质体
(proplastid)发育
前质体
而来的：
白色体
叶绿体 造粉体
有色体
讲授提纲
第一节 叶绿体的形态大小 第二节 叶绿体的超微结构 第三节 叶绿体的化学组成 第四节 叶绿体的功能 第五节 叶绿体的半自主性 第六节 叶绿体的发生 第七节 原核生物的光合作用
第一节 叶绿体的形态大小
高等植物中：
光合膜和叶绿体对生物界的存在和进 化有着重大贡献，其主要功能是吸收光 能合成碳水化合物，同时产生分子氧。
叶绿体所捕获的光能转化成化学能， 贮存到碳水化合物中，碳水化合物是生 物界中能量循环链的起点。
植物细胞含有质体：
造粉体(amyloplast)
叶绿体(chloroplast)：含叶绿素
质体 白色体(leucoplast)：不含色素 有色体(chromplast)：含有黄色或红色的色素
类囊体腔
一个叶绿体：40~80个基粒
一个基粒：5~30个基粒类囊体(最多上百个)
叶
基质
基粒
膜间隙
绿
体
三
维
结
构
的
模
式
图
解
基质类囊体
叶绿体外被 基粒类囊体
基质中的整个膜系统由一层连续的膜折叠而成
嵴
内膜
外膜
膜间隙 线粒体基质
类囊体腔
叶绿体基质
核糖体 类囊体膜
线粒体
叶绿体
叶绿体与线粒体结构的对比图解
类囊体膜的基质面和腔面的颗粒分布是不对称的:
藻类： 1个巨大叶绿体。 叶绿体数量不足时：通过分裂而数量增多
叶绿体的大小
高等植物：平均直径为4~10m, 厚2~4m
同一植物
向阳处： 叶绿体小，数目少， 叶绿素含量少
背阳处： 叶绿体大，数目多， 叶绿素含量多
叶绿体的分布
通常分布在细胞核周围/近细胞壁处/均匀分布
叶绿体沿细胞壁分布的电镜图像
利 用 光 能 ， 将 CO2 和 H2O 转 变 为 有 机 化 合 物 （主要为碳水化合物），是地球上存在生命现象的 前提条件。
创造这一前提条件的过程称为光合作用 （photosynthesis），即植物、藻类和光合细菌利 用阳光能量经过复杂的反应将二氧化碳和水合成有 机分子，并释放出氧的过程。
定
H2O
(类囊体膜)
位
及
其
关
NADPH
系
ATP
图 解
(CH2O)n
暗反应 (基质)
细胞质溶质
叶
叶绿体
绿
光合电子传递反应
体
中
光
光 合 作
反
应
ATP
NADPH
用
的 两
固碳 反应
个 反 应 过
暗
3-磷酸
反
甘油 醛
应
程
图
糖
解
氨基酸
脂肪酸
二、光反应
光反应过程
光能的吸收
原初反应 光能的传递 电子传递 光能的转换
控制质子的流动
无光的条件下能抑制 此ATP合成酶的活性
ATP酶活性 头部
负责与CF0结合
膜部
叶绿体ATP合成酶的结构示意图
冰冻蚀刻显示出各种 颗粒结构在类囊体膜
上的分布
P, 原生质面；E, 背原生 质面；S, 叠置部；U, 非 叠置部；EF, 内面(背原 生质断裂面)；PF, 基质 面(向原生质断裂面)
各种光合生物利用捕光色素吸收光能，但不同 类别的生物所利用的不光色素有所不同：
绿细菌和紫细菌：细菌叶绿素a和类胡萝卜素； 红细菌和蓝细菌：藻蓝素和藻红素； 植物：叶绿素a和叶绿素b。
高等细菌和植物，捕光色素存在于形成的特定 膜结构中；蓝细菌在细胞质中形成了光合膜。
蓝细菌的形态和 细胞超微结构
光镜：椭圆形或梭形的绿色颗粒; 电镜：扁平的椭圆形或卵圆形
低等植物(藻类)中：
各个物种的叶绿体形状差别大
侧面观的形态
藻类和植物细胞中不同形状的叶绿体
表面观的形态
叶绿体的数目
因植物种类、细胞种类和生理状态不同而差异很大
高等植物叶肉细胞: 50~200个 一般 陆生植物：多个(菠菜的栅栏薄壁细胞: 20~40个)
第三节 叶绿体的化学组成
叶绿体
蛋白质：总蛋白质含量为69% 脂类 DNA RNA 碳水化合物 无机离子(如Fe和Mn等)
基粒和基质类囊体上均分布有大量的PSI , 而PSII主要分布于基粒类囊体上 ATP合成酶复合物只分布于类囊体基质面 , PSI仅分布于基质侧的类囊体膜上
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光合作用复合物在不同类囊体膜中的分布图解
光系统PSII和PSI的结构示意图
(a) 光系统Ⅱ反应中心包括两种整合蛋白－D1和D2，特殊的一对叶绿素a 分子和其他电子载体。这些成分和类囊体膜腔面的一种产氧复合物结合 在一起。吸收光子时，激发一对叶绿素a分子，向位于类囊体膜间质面的 醌（Q）提供一个电子。 (b) 以PSⅠ为例，扑光复合物吸收光能，通过电子共振传递一个叶绿素 分子传递到反应中心。(自Lodish,H.,2004)
类囊体膜的基质面:
方形颗粒：12nm，用水可洗脱，核酮糖-1,5二磷酸羧
化酶(RuBPcase)(大部分于基质中)
边周膜蛋白
5~6角形颗粒：10nm, 可为EDTA所洗脱, ATP合成酶(CF0-
CF1偶联因子)
整合膜蛋白
10~13nm小颗粒：数量较多，有光系统I(PSI)活性
类囊体膜的腔面： 10~18nm大颗粒：数量较少，有光系统II(PSII)活性
由膜围成的圆盘状扁囊 基质类囊体: 基质片层(stroma lamellae)
可溶性成分： 各种酶类
间质
有形成分
70S核糖体 DNA RNA 淀粉粒、质体小球、植物铁蛋白和RuBPcase颗粒
类囊体的结构
叶 上表皮
叶绿体
基质 基粒
下表皮
叶绿体三维结构的模式图解 外膜
基粒的三维模式图
类囊体膜 膜间隙 内膜