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。
叶绿体与光合作用
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。
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。
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
光合作用的原理和过程
光合作用的原理和过程光合作用是指植物通过光能转化为化学能的过程，是生态系统中最重要的能量转化途径之一。
它是维持地球生态平衡与生物多样性的基石。
本文将介绍光合作用的原理和过程，并探讨其在自然界与人类生活中的重要性。
一、光合作用的原理光合作用发生在植物细胞中的叶绿体中。
叶绿体是光合作用的主要场所，其中的叶绿素负责吸收阳光中的能量，并将其转化为化学能。
叶绿体内的光合色素分子包含两大类：叶绿素 a 和叶绿素 b，它们能吸收光谱中的不同波长的光线。
光合作用的原理基于光合色素分子的吸收光能并传递能量的特性。
当阳光照射到叶绿体上时，叶绿素 a 吸收红光和蓝光，而叶绿素 b 吸收蓝光和红橙光。
吸收到的光能激发叶绿素分子内的电子，使其跃迁到一个较高能级的位置。
这些激发态的电子将通过一系列复杂的电子传递过程，最终被用于合成化学能的过程。
二、光合作用的过程1. 光依赖阶段（光反应）光依赖阶段是光合作用的第一步，需要阳光提供能量。
在这个过程中，叶绿体的叶绿素吸收到光能后，激发的电子形成高能态电子对，其中一个电子被传递到叶绿体色素系统 I，而另一个电子被传递到叶绿体色素系统 II。
这一传递过程中，光能被转化为电子能。
同时，在叶绿体中，水分子被分解为氢离子（H+）、电子（e-）和氧气（O2）。
氢离子通过通过细胞膜由高浓度区域（叶绿体内）向低浓度区域（细胞质中）进行渗透。
而氧气则由叶绿体中排出，供气呼吸使用。
此外，从系统 I 和系统 II 传递出来的电子会经过细胞色素复合物，并最终与辅酶NADP+结合，形成辅酶NADPH。
这个过程包含了一系列的反应，形成了光化学能。
2. 光独立阶段（暗反应）光独立阶段是光合作用的第二步，也称作暗反应，不依赖于光能的直接输入。
这个过程发生在叶绿体中的基质中，用于将光化学能转化为化学能。
在光独立阶段，光化学能被用于转化二氧化碳（CO2）为葡萄糖（C6H12O6）。
这个过程称为卡尔文循环，包括了碳固定、还原和再生三个步骤。
叶绿素含量与光合作用的关系
叶绿素含量与光合作用的关系
叶绿素是一种绿色的植物色素，主要存在于植物细胞的叶绿体中。
它的主要功能是参与光合作用，将太阳能转化为化学能，供植物生长发育所需。
叶绿素的含量与光合作用的关系是比较密切的。
对于一个植物来说，其叶绿素含量的多少直接影响着光合作用的强度、速率及效率。
通常情况下，叶绿素含量越高的植物其光合作用能力就越强。
在光合作用过程中，叶绿素是光合色素的主要成分，能够吸收太阳能中的红、橙、黄、蓝、绿等不同波长的光线，并将其转化为化学能。
其中，绿色光线是被叶绿素最难吸收的一种波长，因此，绿色光线会在叶片表面反射出来，给人眼露出绿色的感觉。
在叶绿素的吸光作用下，植物叶片中的光合色素会把太阳能转化为ATP和NADPH，这两种物质可以供给植物细胞进行各种代谢活动所需的能量；同时还能促进CO2的固定，使植物能够更好地进行光合作用。
因此，叶绿素含量的多少会直接影响到植物的生长、发育和产量等方面。
此外，叶绿素含量还与植物的环境条件有关。
比如，太阳辐射强度的
变化、温度、湿度等因素都会影响叶绿素的含量和光合作用的强度。
总之，叶绿素含量是影响光合作用强度和速率的重要因素之一。
科学家们正致力于深入研究叶绿素与光合作用之间的关系，以期能够更好地促进植物生长发育，推动农业生产的发展。
叶绿体是光合作用的场所
3. 如图为恩格尔曼利用水绵进行的光合作用实验示意图，相关分析正确
的是( D )
A.实验1在黑暗条件下进行，属于对照组，实验2在光照条件下进行，属于 实验组 B.1是水绵细胞，2是培养液，此过程中，水绵一定要保持正常的生命活性 C.利用此实验装置，可以验证线粒体是呼吸作用的场所 D.1结构内不含与有氧呼吸相关的酶，2处的好氧菌含与有氧呼吸相关的酶
科学工作者在重复该实验时，置于阳光下的取得了成功，不置于阳光下的则遭到失败。
√ C．该实验说明光合作用释放的氧气与小白鼠需要的氧气达到了平衡 √ D．该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的CO2达到了平衡 在光下，绿色植物进行光合作用产生氧气，供小白鼠呼吸作用所需，同时小白鼠呼吸
作用产生的二氧化碳又为植物的光合作用提供了原料。
光合作用经典实验
简要回顾科学家们的探究历程
恩格尔曼实验一
结论：叶绿体是光合作用的场所。
恩格尔曼的实验的巧妙之处：
01
材料：水绵有细而长的带状叶绿体，螺旋状 分子分布细胞中中，便于观察和分析研究。
03
应变量的衡量：利用好氧菌对氧气的趋性来 间接衡量。
01
局部光照完全曝光形成对比试验，加强了实 验的说服力。
从实验得知： – 光照是光合作用的必要条件
– 氧气是光合作用的产物
– 叶绿体是光合作用的场所
5
恩格尔曼的实验二
他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，结果见下图：
如何解释好氧细菌主要聚集在红光和蓝紫光照射 的水绵细胞附近？
叶绿体中的 色素提取液
1、春夏叶片为什么是绿色？ 而秋天树叶为什么会变黄？ 蓝紫光、红光 叶绿素主要吸收___________
2. 如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质和B物质的 相对分子质量之比是( C )
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。
植物的光合作用与叶绿素
植物的光合作用与叶绿素植物的光合作用是一种重要的生理过程，而光合作用的关键是叶绿素。
那么，什么是光合作用？为什么叶绿素对光合作用至关重要呢？光合作用是指植物利用阳光的能量将二氧化碳和水转化成有机物质（如葡萄糖）的过程。
这个过程在植物体内的细胞器中进行，被称为叶绿体。
光合作用使植物能够进行自养，不仅提供能量，还能产生氧气。
凭借光合作用，植物成为地球上最重要的能量转化和氧气供应者之一。
那么，为什么叶绿素对光合作用至关重要呢？叶绿素是一种有色素的化合物，使得植物的叶片呈现出绿色。
叶绿素能够吸收太阳光中特定波长的光线，转化为化学能量。
它的分子结构中含有镁离子，能够与光子发生相互作用，促使电子的跃迁。
光合作用中，叶绿素的功能可分为吸收光能、传递光能和转化光能三个方面。
首先，吸收光能是叶绿素的基本作用。
叶绿素能够吸收阳光中的红光和蓝光，而对绿光却不吸收。
这就解释了为什么植物的叶片是绿色的原因。
叶绿素吸收的光能转化为电能，被转运到反应中心，进而推动了光化学反应的进行。
其次，叶绿素还起到传递光能的作用。
在光合作用中，光能必须被有效地传递到反应中心，使化学反应能顺利进行。
叶绿素通过传递光能的过程，将光能从吸收的叶绿素分子传递给反应中心，从而促进了能量转化。
最后，叶绿素能够将吸收的光能转化为化学能。
在叶绿体内部的光化学反应中，叶绿素通过光合酶、辅酶和电子传递链等一系列酶促反应，将光能转化为化学能，生成了养分和能量。
叶绿素的作用不仅局限于光合作用中，它还具有抗氧化的作用。
光合作用中产生的氧分子容易与其他分子发生反应，形成氧化物。
而叶绿素可以阻止这种氧化反应的发生，保护植物免受损害。
此外，叶绿素还参与光信号传导、调节植物生长和发育等重要生物过程。
它在植物中的作用是多方面的，不仅仅是光合作用中的关键。
以植物的光合作用和叶绿素为主题的文章，可以充分讨论光合作用的原理、叶绿素的结构和功能、光合作用的意义等。
此外，还可以从生态学、农业学、环境科学等方面展开讨论，探讨光合作用在不同领域的应用和影响。
生物高一叶绿体知识点
生物高一叶绿体知识点叶绿体是植物细胞中的一种重要细胞器，它在光合作用中起着至关重要的作用。
本文将介绍高一生物课程中关于叶绿体的基本知识点，包括叶绿体的结构、功能和相关重要概念。
一、叶绿体的结构叶绿体是一种细胞器，呈扁平片状，并且被双层膜所包围。
叶绿体内部含有许多绿色的叶绿素颗粒，这些叶绿素能够吸收光能，并参与光合作用。
叶绿体还含有类囊体系统，其中包括类囊体腔、类囊体膜和类囊体液。
二、叶绿体的功能1. 光合作用：叶绿体是光合作用的主要场所，其中的叶绿素能够吸收光能，将光能转化为化学能。
光合作用中的光合产物（如葡萄糖）能够储存能量，供植物进行生长和代谢活动。
2. 细胞呼吸：叶绿体参与细胞呼吸过程，其中的葡萄糖通过呼吸作用被分解为二氧化碳、水和能量。
这一过程产生的能量被细胞利用，维持细胞的正常生活活动。
3. 合成代谢：叶绿体能够合成多种物质，如氨基酸、脂肪酸和核酸等，这些物质对细胞的正常生理功能至关重要。
三、叶绿体的相关概念1. 光合色素：叶绿体中的叶绿素是一种主要的光合色素，能够吸收光能并将其转化为化学能。
除了叶绿素外，叶绿体还含有其他色素，如类胡萝卜素和叶黄素等。
2. 类囊体系统：叶绿体内部的类囊体系统是光合作用的主要场所，其中的类囊体腔和类囊体膜起到重要的功能。
类囊体腔中含有光合色素，能够捕捉光能；类囊体膜则参与光能的转化和电子传递过程。
3. 光合酶：叶绿体中的光合酶是光合作用中必需的酶类。
光合作用需要光合酶的参与，通过催化反应将光能转化为化学能。
4. 光合电子传递链：叶绿体中的光合电子传递链是光合作用中的关键步骤，其中通过一系列的化学反应和电子传递过程将光能转化为化学能。
综上所述，叶绿体在植物生物学中具有重要的地位和功能。
通过对叶绿体的结构和功能的了解，我们可以更深入地理解光合作用和细胞代谢过程，为后续的学习打下坚实基础。
同时，对叶绿体相关概念的了解也有助于我们对植物生长和发育过程的理解，为进一步研究提供了重要的知识支持。
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
•
• ，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
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● 光系统(photosystem)
进行光吸收的功能单位称为光系统, 是由叶绿素、类胡萝 卜素、脂和蛋白质组成的复合物。每一个光系统含有两个 主要成分∶捕光复合物(light -harvesting complex)和光反 应中心复合物(reaction-center complex)。光系统中的光 吸收色素的功能像是一种天线，将捕获的光能传递给中心 的一对叶绿素a,由叶绿素a激发一个电子，并进入光合作 用的电子传递链。
8.2.4叶绿体组分分离
◆剧烈方法（剧烈的匀浆技术）： 得到Ⅱ类叶绿体，能够在光诱导下产
生氧、ATP、NADPH，但不能固定CO2。 含有很少或者根本没有叶绿体基质。 ◆温和方法（纤维素酶或果胶酶水解细胞壁 获得原生质体）
得到Ⅰ类叶绿体，具有完整的被膜， 能完成整个光合作用。
8.3光合作用的光反应
（三） 电子传递
电子传递是光反应的第二步。通过电子传递,将光 吸收产生的高能电子的自由能贮备起来, 同时使 光反应中心的叶绿素分子获得低能电子以补充失 去的电子, 回复静息状态。 ■ 电子载体和电子传递复合物
光合作用的电子传递是通过光合作用电子传递链 (photosynthetic electron transfer chain)传 递的。该传递链是由一系列的电子载体构成的， 同线粒体呼吸链中电子载体的作用基本相似。
■ 光系统Ⅱ复合物的结构及功能
光系统Ⅱ(photosystem Ⅱ complex, PSⅡcomplex)是类囊体膜中的一种光合作用 单位,它含有两个捕光复合物和一个光反应中 心。构成PSⅡ的捕光复合物称为LHCⅡ, 而 将PSⅡ的光反应中心色素称为P680, 这是由 于PSⅡ反应中心色素(pigment,P)吸收波长为 680nm的光。
核酮糖1，5-二磷酸羧化酶(ribulose-1,5bisphosphate carboxylase, Rubisco) 是叶绿 体基质中进行CO2固定的重要酶类，总共有16个 亚基,其中8个大亚基含有催化位点,8个小亚基 是全酶活性所必需的。Rubisco的小亚基由核基 因编码,在细胞质的游离核糖体上合成后被运送 到叶绿体基质中。
细胞色素: 植物细胞有几个特殊的细胞色素参与光
合作用的电子传递。其中主要的两种: 细胞色素 b6和细胞色素f。
铁氧还蛋白： 铁氧还蛋白含有一个氧化-还原的位
点，该位点有两个同硫结合的铁原子。如同其它 的铁硫蛋白，铁氧还蛋白也是通过Fe3+ → Fe2+ 的循环传递电子。
NADP+还原酶(NADP+ reductase)：NADP+
到进入类囊体腔。而 金属结合蛋白(metalbinding protein)进入
叶绿体基质后要进行 折叠, 然后以折叠的方 式进入类囊体腔。
类囊体蛋白的定位
类囊体蛋白的转运需要两个引导肽，进 入叶绿体基质后切除一个，另一个引导 肽进入类囊体。已知有四种转运方式， 其中质蓝体一直保持非折叠状态，直到 进入类囊体腔。而金属结合蛋白进入叶 绿体基质后要进行折叠，然后以折叠方 式进入类囊体。
还原酶是参与光合作用电子传递的主要黄素蛋白， 这是一种含有FAD的酶，催化电子从铁氧还蛋白 传递给NADP+。
质体蓝素(plastocyanin, PC) ：一种含铜的蛋 白质, 氧化型呈蓝色, 吸收光谱为600nm。 在还原状态时蓝色消失；传递电子时靠 Cu2+ → Cu+ 的状态循环。
质体醌(plastoquinone, PQ): 质子和电子载体, 同线粒体的电子传递链的泛醌一样，也是 通过醌和醌醇循环来传递电子和氢质子,不 过质体醌与泛醌的结构是不同的(图8-16)。
• 叶绿素(chlorophylls)
植物中进行光合作用的主要色素是 叶绿素,它是一类含脂的色素家族， 位于类囊体膜，并且赋予植物的绿 色。叶绿素吸收的光主要是蓝色和 红色而不是绿色光，它在光合作用 的光吸收中起核心作用。
光合作用单位和反应中心
● 叶绿素必须组成功能单位才能吸收足够的光能用 于固定CO2 实验发现叶绿体在光合作用中，每固定一个CO2 分子(或者说每释放一分子O2)需要2500个叶绿素 分子，也就是说2500个分子的叶绿素吸收的光能 才能用于一分子CO2的固定，后来发现每固定一 分子CO2，需要消耗8个光子，由此推算固定一个 光子大约需要300个分子的叶绿素(2500÷8≈300)，
● Rubisc小亚基蛋白转运的能量
与线粒体基质蛋白转运不同的是, 叶绿体基 质蛋白转运的能量仅仅是ATP, 不需要电化 学梯度的驱动。
类囊体蛋白的定位
类囊体蛋白的转运需
要两个导肽, 进入叶绿 体基质后切除一个, 另
一个引导肽进入类囊
体。已知有四种转运 方式, 其中质体蓝素 (plastocyanin,PC)一 直保持非折叠状态, 直
● Rubisc的信号肽结构
小亚基前体蛋白的N-端有一段引导肽序列, 长为44个氨基酸残基,作为定位运输的信号;
● Rubisc小亚基蛋白转运受体
在Rubisco小亚基蛋白运输中, 与通道形成 和打开有关的受体蛋白有三种:Toc86主要是 识别信号序列, Toc75是通道蛋白, Toc34是 调节蛋白, 与GTP结合后可改变Toc75的构 型使通道打开。
(一)
18世纪末就已经知道光合作用能够将水和 CO2转变成有机物和氧，并很快确定了光 合作用的反应式∶6CO2 + 6H2O+ 光 →C6H12O6 + 6O2 + 化学能(674000千 卡)。
早在1905年，F.Blackman就提出光合作用 可分为两个不同的阶段，即光反应(light reaction)和暗反应(dark reaction)。光反应 是对光的吸收，并产生氧。暗反应涉及到 CO2的固定。
◆叶绿体在叶片的分布一般 是向光面比背光面多，细胞 内胞质是可以流动的，通过 胞质流动来达到使叶绿体能 充分吸收光能。
8.2.1叶绿体的结构及特征
叶绿体膜的特征：
叶绿体由叶绿体外被 （chloroplast envelope）、类囊 体（thylakoid）和 基质（stroma）3部 分组成，叶绿体含 有3种不同的膜：外 膜、内膜、类囊体 膜和3种彼此分开的 腔：膜间隙、基质 和类囊体腔
外被
• 叶绿体外被由双层膜组成，膜间为10~20nm的膜间 隙。外膜的渗透性大，如核苷、无机磷、蔗糖等 许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。
• 内膜对通过物质的选择性很强，CO2、O2、Pi、 H2O、磷酸甘油酸、丙糖磷酸，双羧酸和双羧酸氨 基酸可以透过内膜，ADP、ATP已糖磷酸，葡萄糖 及果糖等透过内膜较慢。蔗糖、C5糖双磷酸酯，C 糖磷酸酯，NADP+及焦磷酸不能透过内膜，需要特 殊的转运体（translator）才能通过内膜。
贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛 叠的类囊体称为基质类囊体，它们形成了内膜系 统的基质片层（stroma lamella）。
类囊体膜的主要成分是蛋白 质和脂类（60：40），脂 类中的脂肪酸主要是不饱含 脂肪酸（约87%），具有较 高的流动性。光能向化学能
的转化是在类囊体上进行的，
因此类囊体膜亦称光合膜，
PSⅡ的功能是利用 从光中吸收的能量将 水裂解,并将其释放 的电子传递给质体醌, 同时通过对水的氧化 和PQB2-的还原在类 囊体膜两侧建立H+ 质子梯度
PSⅡ电子传递
• PSⅡ的核心复合体由6种多肽组成。 D1蛋白和D2蛋白是PSⅡ的基本组成， P680就位于这两种蛋白之上。
• 围绕P680的LCHⅡ吸收光能，激发 P680为P680*，
• 电子向基质方向转移，传给pheo
• pheo再把电子传给一种特殊的质 体醌QA
• QA进一步被还原为另一种质体醌QB。 • QB与来自基质质子结合，形成还原
质体醌（PQH2）。当PQH2转变为PQ 时，会释放H+到腔内，有利于ATP 合成。
连接PSⅡ与PSⅠ的电子传递体
1）质体醌（PQ） 2）细胞色素b6/f复合体 3）质体蓝素（PC） 4）铁氧还蛋白（Fd）
8.2.2
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10~100个类囊体组成。每个叶绿 体中约有40~60个基粒。
● 捕光复合物
典型的捕光复合物是由几百个叶绿素分子、数量不 等但都与蛋白质连接在一起的类胡萝卜素分子所组 成。当一个光子被捕光复合物中的一个叶绿素或类 胡萝卜素分子吸收时, 就有一个电子被激活，激发 状态从一个色素向另一个色素传递, 直到传递给反应中心
：一对特别的叶绿素
a 。捕光复合物中色 素激发状态的传递,实 际是光能的传递,这种 能称为共振能。
8.1.1
植物细胞所特有的能量转换 细胞器 ， 其功能是进行光合作用， 即利用光能同化二氧化碳和水， 合成糖，同时产生分子氧。
8.1.2叶绿体的形态大小、数量和分布
◆高等植物的叶绿体为球形， 椭圆形或卵圆形，为双凹面。 有些叶绿体呈棒状，中央区 较细小两端膨大，充满叶绿 素和淀粉粒。宽约2~5微米， 长约5~10微米 。
★基态(ground state)与激发态(exited state) 当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获 得足够的能量并从内轨道跃迁到外轨道, 具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发
态。激发态的分子是不稳定的,推测只能维 持10-9秒。实际上,叶绿素分子由激发态变 为基态时,它的高能电子并
没有回落到低能轨道,而是在叶绿素分子回 落到基态之前被传递给了受体,时间约为 10-12秒。这实际上将吸收的光子的光能 转变成了电能。