生物化学光合作用专题培训课件

2. 组成：三个跨膜复合体（PSⅠ、PSⅡ、Cytb６f 复合体），以及质体蓝素（简写为PC）、铁氧还 蛋白（简写为Fd）和质体醌（简写为PQ）三个可 移动电子载体
Cytb６f复合体（PQH２·PC氧还酶）
含有Cytf 、Cytb６ (2 个，为 电子传递循环剂)和Rieske铁硫蛋白(又称〔Fe-S〕R，是由 Rieske发现的非血红素的Fe蛋 白质)
个O2，还原2个NADP+，需吸收8个光量子，同时Cytb6f 复合体转运8个H+进类囊体腔，放氧复合体转运4个H+。
（2）环式电子传递： PSⅠ→ Fd →PQ→ Cyt b６f → PC → PSⅠ • 环式电子传递不发生H2O的氧化，也不形成NADPH，但
有H+的跨膜运输，每传递一个电子需要吸收一个光量 子。
生物化学光合作用
第一节 概 述
一、概念：
光合作用是糖合成代谢的主要途径。是绿色植物、光合细 菌或藻类等将光能转变成化学能的过程，即利用光能， 由CO2、H2O、H2S等合成糖类化合物并释放出氧气（或其 他物质）的过程，称为光合作用。
CO2 CO2
光
+ H2O (CH2O) + O2
叶绿体
光 + H2A (CH2O) +H2O+2A
PS
Ⅱ
中
的
类囊体
电
膜
子
传
递
类囊体腔
P S Ⅰ 中 的 电 子 传 递
非环式电子传递：
环式电子传递：
光合链的特点
①电子传递链主要由光合膜上的PSⅡ、Cytb6/f、PSI三个复合 体串联组成。
②电子传递有二处是逆电势梯度，这种逆电势梯度的“上坡” 电子传递均由聚光色素复合体吸收光能后推动，而其余电子 传递都是顺电势梯度进行的。
辅助色素：其它的叶绿素和类胡萝卜素、藻胆色素等。 作用：收集光能
二、光合单位
能发生光合作用的功能上独立 的单位。由大约几百个色素分子 和一些肽链构成。
天线色素（集光色素） ：大部分 色素分子（全部叶绿素b和大部 分叶绿素a，类胡萝卜素和叶黄 素分子），起捕获光能的作用。
作用中心 (反应中心)：一对特殊 的叶绿素a分子和蛋白质组成的 复合体，发生光化学反应，将光 能转变为化学能。
2.类型：
（1）非循环光合磷酸化：非环式电子传递过程中产 生的质子梯度，驱动ATP合成，并生成NADPH。这 种形式的光合磷酸化叫光合磷酸化。
（2）环式光合磷酸化：环式电子循环流动过程中， 产生质子梯度，驱动ATP的合成。这种形式的光合 磷酸化称为环式光合磷酸化。
环式光合磷酸化只涉及PSI，并且只生成ATP而无 NADPH和O2生成。这是当植物体内需要ATP时选择的 电子传递形式。
主要催化PQH２的氧化和PC的 还原，并把质子从类囊体膜外 间质中跨膜转移到膜内腔中。 每传递一对电子，可转移4个 质子到类囊体腔。
3、光合链电子传递顺序
（1）非环式电子传递： H２O→PSⅡ→PQ→Cytb6f→PC→PSⅠ→Fd→FNR→NADP＋ • 按非环式电子传递，每传递4个e-，分解2个H2O，释放1
4.光合磷酸化机理
化学渗透学说的现代模型（P.Mitchell）
• 光合磷酸化的机理：类似于氧化磷酸化 –PQ具有亲脂性，含量多，被称为PQ库，它可传递 电子和质子，而其它传递体只能传递电子。 –在光下，PQ在将电子向下传递的同时，又把膜外 基质中的质子转运至类囊体膜腔内。 –水在膜内侧分解也释放出H+,膜内H+浓度增高，则 膜内电位较“正”，膜外H+浓度降低，则膜外电 位较“负”，于是膜内外产生电位差(ΔE)和质子 浓度差（ΔpH），两者合称质子动力势，是光合 磷酸化的动力。 –H+沿着浓度梯度返回膜外时，释放的自由能催化 合成ATP。
③水的氧化与PSⅡ电子传递有关，NADP+的还原与PSI电子传递 有关。
④PQ是双电子双H+传递体，它伴随电子传递，也把H+传递类囊 体膜内，造成类囊体内外的H+电化学势差，推动ATP形成。
两 个 光 系 统 的 协 同 作 用
五、 光合磷酸化
1.概念： 通过光激发导
致电子传递与 磷酸化作用相 偶联合成ATP 的过程，称为 光合磷酸化。
光反应中心
天线色素分子
作用中心叶 绿素分子
电子传 递
电子受 体
共振能传递
天线色素分子
作用中心叶 叶绿素通过激子传递把吸收的能量汇集到作用中心 绿素分子
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三、植物的光反应系统
1.光系统I (PSI)
• PSⅠ是一个跨膜复合物。 • P700是PSⅠ反应中心色素。 • PSⅠ的生理功能是吸收光
能，进行光化学反应，产生 强的还原剂，用于还原 NADP+，实现从PC到NADP+的 电子传递。
P
S Ⅰ 复 合 体
2.光系统II (PSII)
•PSⅡ是含有多亚 基的蛋白复合体。 •P680是PSⅡ反应 中心色素。 •功能：吸收光能， 进行光化学反应， 产生O2。
光系统Ⅱ的结构
PSI 和 PS Ⅱ 在 类 囊 体 膜 上 的 定 位
四、光合电子传递链
1. 光合链：光合作用的光反应是由光系统Ⅰ和光系 统Ⅱ这两个光系统启动的，两个光系统由电子传 递链连接起来。连接两个光反应的排列紧密而互 相衔接的传递电子的物质称为光合链
二、光合作用的场所—叶绿体
被膜 外膜 内膜
间质 ：(含可溶性蛋白质，酶类，DNA， RNA、核糖体等)---暗反应
类囊体 (基粒) 基粒片层 ---光反应 基质片层
叶绿体的结构
类囊体膜上蛋白质复合物
四、光合作用的两个阶段：
原 初 反 应 光能的吸收、传递与转换
光
反
（光能转换成电能）
(类囊体
应
膜上）
电子传递和 光合磷酸化
（电能 活跃的化学能）
暗
反 应
碳素同化 （活跃的化学能
稳定的化学能） 基质中
第二节 光反应
一、光合色素
叶绿素类
类胡萝卜素 藻胆素
叶绿素类a (蓝绿色) 叶绿素类b (黄绿色) 其他
胡萝卜素(橙黄色)
叶黄素(黄色)
据作用分类
聚光色素(天线色素) 作用中心色素
主要色素：叶绿素a，作用：接受收集的光能并参与 光化学反应
非循环光合磷酸化
环 式 光 合 磷 酸 化
3.ATP合成的部位——ATP酶
也称偶联因子或CF1-CFo 复合体
叶绿体的ATP酶与线粒体 的ATP酶结构十分相似， 都由两个蛋白复合体组 成：一个是突出于膜表 面 的 亲 水 性 的 “ CF1” ； 另一个是埋置于膜中的 疏水性的“CFo”。