植物的光合作用.ppt

低 (H+) PSII
基质
PSI
类囊体膜
高 (H+)
类囊体腔
图3-15 PSII, Cytb6f复合体PSI 和ATP合酶复合体中的电子和质子传递
㈡、光合磷酸化（ Photophosphorylation ）：叶绿体 在光下把无机磷和ADP转化为ATP，形成高能磷酸
键的过程，称光合磷酸化。
１、光合磷酸化形式
⑷荧光现象和磷光现象
✓ 荧光现象：叶绿素溶液在透射光下呈绿色，而在反 射光下呈红色的现象。10-8~10-9秒(寿命短)
✓ 磷光现象：叶绿素除了在照光时能辐射出荧光外，当去掉光源 后，还能继续辐射出极微弱的红光(用精密仪器可测知),这个现 象叫~。 10-2秒(寿命长)
这两种现象说明叶绿素能被光激发，而被光激发是将光能转变为 化学能的第一步。
暗反应
一、原初反应（Primary reaction）：光能 电能
包括光能的吸收、传递和转换过程。 光合色素
1、作用中心色素分子
聚光色素 作用中心色素
指具有光学活性的特殊状态存在的少数叶绿素a分子。
✓ 光学活性:指这种色素吸收光能之后即被激发，可引起自身的 氧化还原反应（得失电子），同时将接受的光能转变成电能的 性质。
2、光合色素化学结构与性质 ⑴叶绿素（chlorophyll) 叶绿素不溶于水，但能溶于酒精、丙酮和石油醚等有 机溶剂。其化学组成如下：
chla: C55H72O5N4Mg chlb: C55H70O6N4Mg
叶绿素是叶绿酸的酯。叶绿酸是双羧酸，其羧基中的 羟基分别被甲醇和叶绿醇所酯化。所以其分子式为：
β-胡萝卜素
叶黄素
图3-4 β-胡萝卜素和叶黄素结构式
3、光合色素的光学特性
⑴辐射能量
光波是一种电磁波，对光合作用有效的可见
光的波长是400~700nm之间。光同时又是运
动着的粒子流，这些粒子称为光子，或光量
子。光子携带的能量和光的波长的关系如下：
E=N h c/λ
E=(6.02×1023)×(6.6262×10-34)×频率=( ) ×
（1）非环式光合磷酸化
OEC水解后，把H+释放到类囊体腔，把电子释放到PSⅡ内，
电子在光合电子传递链中传递时，伴随着类囊体外侧的H+转移
到腔内，由此形成了跨膜的H+浓度差，引起ATP的形成，同时
把电子传递到PSⅠ去，进一步提高了能位，而使H+还原NADP+
由6种多肽组成，P680就位于D1、D2蛋白上 (OEC):多肽；Mn复合物；Cl-，Ca2+
PSⅡ捕光复合体（ LHCⅡ）
光
Tyr p680 p680* pheo QA QB PQH2 PC
Hale Waihona Puke 与OEC联系，水解放氧2H2O
O2 + 4H++4e-
补充
1、希尔反应(Hill reaction) 希尔发现在离体的叶绿体（实际是被膜破裂的
✓ 特殊状态：以水结合起来的叶绿素a的二聚体，吸收高峰为
680nm,700nm。
原初反应
光 反 应
电子传递和 光合磷酸化
暗
反
应
碳同化
2、聚光色素
除作用中心色素以外的大多数叶绿素a、全部叶绿素b、类胡萝 卜素。它们都只能将吸收的光聚集起来传递给作用中心色素， 它们无光学活性，只能捕捉光能，因此叫聚光色素。它们又象 收音机的天线一样，因此又叫“天线色素”。
基粒类囊体 （grana thylakoid） 基质类囊体 (stroma thylakoid)下一页
外膜
内膜 基质 基粒
㈡叶绿体的成分 1、 水分(75%) 2 、 蛋白质(30~45%)—催化剂 3 、脂类(20~40%)—膜成分 4 、色素(8%)—与蛋白质结合，电子传递 5 、无机盐(10%) 6 、储藏物质(如淀粉等，10~20%) 7 、NAD+、NADP+、醌（如质体醌），起传递氢原
层和基粒片层的非垛叠区。
PSⅠ核心复合体
NADP+ Fd
反应中心P700 电子受体
PSⅠ捕光复合体（ LHCⅠ） P700*
A0 A1 Fe-S
Cytb6f
PC
P700
LHC Ⅰ
⒉光系统Ⅱ（PSⅡ）：
这是一种直径较大的颗粒，直径为17.5nm，存在于类囊
体膜的垛叠区。
PSⅡ组成
核心复合体 放氧复合体
两个最强烈的吸收区，一个是波长为640~660的红 光部分，另一个是430~450的蓝紫光部分。此外，在光 谱的橙光，黄光和绿光部分只有不明显的吸收带，其 中尤以对绿光的吸收最少，所以叶绿素的溶液呈绿色。
chla和chlb的吸收光谱很相似，但略有不同。 ②类胡萝卜素的的吸收光谱 最大吸收在蓝紫光部分，不吸收红光等波长的光。
e 反应中心
H2O
NADP+
图3-12 光合作用原初反应的能量吸收、传递和转换
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二、电子传递和光合磷酸化 电能 活跃的化学能
㈠、光系统 两个光系统
量子产额：吸收一个光量子后放出的氧分子数目或固定CO2分
子数目。
红降现象
以绿藻和红藻为材料，研究其不同光波的光合效率，发现当 用光波大于685nm （远红光）的光照射时，虽然仍被叶绿素 大量吸收，但量子产额急剧下降，这种现象被称为~。
CO2 + H2S
CH2O + H2O+S
3、化能合成作用(Chemosynthesis) 化能合成细菌
三、光合作用的重要性 1、有机物质的重要来源 2、把光能转化成化学能 3、大气中氧气的重要来源
第一节 叶绿体和叶绿体色素
I一、叶绿体(Chloroplast) ㈠叶绿体的结构:
椭圆形，一般直径为3~6um，厚为2~3um。每平方 毫米的蓖麻叶就含3~5百万个叶绿体。 1、叶绿体膜—选择性屏障,控制物质进出。 2 、基质—CO2的固定,淀粉的合成和储藏（含酶类） 3 、基粒—光能-化学能（光合色素） 4 、嗜锇滴—基质中与锇酸容易结合的颗粒（醌类） 5 、类囊体—光合作用能量转换（又称光合膜）
E2
第二单线态
E1
第一单线态
第一三线态
荧
磷
光
光
E0
图3-10 色素分子吸收光子后能量转变
4、叶绿素的合成
⑴ 合成原料：谷氨酸、α- 酮戊二酸
⑵需氧气和光
⑶矿质营养 N 、 Mg ； Fe 、 Mn、 Cu、 Zn
⑷温度
⑸水分 影响蛋白质合成
➢ 谷氨酸或α- 酮戊二酸 氨基酮戊二酸（ALA) 厌氧条件下 ➢ 2ALA 含吡咯环的胆色素原
子或电子的作用。
二、光合色素
1、分类
叶绿素a：蓝绿色
1、叶绿素 叶绿素b：黄绿色
胡萝卜素：橙黄色
光合色素 2 、类胡萝卜素 叶黄素： 黄色
3 、藻胆素 藻蓝素
藻红素
叶绿素:类胡萝卜素=3:1 所以叶片一般呈绿色 叶绿素a:叶绿素b=3:1 叶黄素:胡萝卜素=2:1
解释：秋后或衰老的叶片多呈黄色，秋后枫树叶子呈红色
叶绿醇则以酯键与在 第Ⅳ吡珞环侧键上的 丙酸结合
庞大的共轭体系,起着吸收 光能,传递电子,以诱导共 振的方式传递能量,但不参 与H的传递或氧化还原
H+,Cu2+可取代Mg
图3-3 叶绿素a的结构式
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⑵胡萝卜素和叶黄素：四萜类、有α- 、β-、γ- 三种异构 体。不溶于水，但能溶于有机溶剂。
①胡萝卜素：
叶绿素b 叶绿素a
图3-7 叶绿素a和叶绿素b在乙醇溶液中的吸收光谱
α-胡萝卜素 叶黄素
λ/nm
图3-8 α-胡萝卜素和叶黄素的吸收光谱 返回
⑶作用光谱
指在能量相同而波长不同的光下，测定其光合强 度所得的变化曲线。
作用光谱与叶绿素a的吸收光谱基本一致，说明光合作用吸 收的光一般是由叶绿素a吸收的，其它色素吸收的光都传递给叶 绿素a，然后引起光化学反应。
4、光合单位 指结合在类囊体膜上能进行光合作用的最小的结构单位。
光合单位=聚光色素系统+反应中心 光合作用的原初反应是连续不断的进行的，因此， 必须有不断的最终电子供体和最终电子受体，构成电子 的“源”和“流”。高等植物的最终电子供体是水，最 终电 子受体为NADP。聚光色素以诱导共振方式传递光量子， 最后传递给反应中心色素分子，这样作用中心色素被激 发而完成光能转换为电能的过程。
光速 波----长----
阿伏伽德罗常数 普朗克常数
上式表明：光子的能量与波长成反比。
⑵吸收光谱
太阳光谱
10 390
770
100000nm
紫外光 可见光 红外光
390 430 470 500 560 600 650 700
①叶绿素的吸收光谱 叶绿素吸收光的能力很强，如果把叶绿素溶液放在
光源和分光镜之间，就可以看到有些波长的光线被吸 收了。在光谱中就出现了暗带，这种光谱叫吸收光谱。
4个胆色素原 尿卟啉原Ⅲ ➢ 粪吡啉原Ⅲ 原卟啉Ⅸ
粪吡啉原Ⅲ
有氧条
镁原卟啉 原脱植基 件下
叶绿素a 脱植基叶绿素a 叶绿素a 叶绿素b
知道： 叶绿素与血红素有共同的前期合成途径。
推断：动植物有共同的起源
第二节 光合作用机理
光合作用可分为三个阶段：
①原初反应②电子传递和光合磷酸化 光反应
③碳同化
是一不饱和的碳氢化合物，分子式为C40H56。它的两头 具有一个对称排列的紫罗兰酮环，它们中间以共轭双键
（4个异戊二烯）相联接。
②叶黄素由胡萝卜素衍生而来，分子式为C40H56O2，是 个醇类物质，它在叶绿体的结构中与脂类物质相结合。
⑶藻胆素