植物生理学第3章 植物的光合作用(二)

3.3 光合作用机理
反应中心
• 光能转换色素分子+原初电子受体+原初电 子供体。
• 基本成分为蛋白质和脂类。 • 光能转换色素分子为叶绿素a分子，这个叶
绿素a分子与脂蛋白结合排列在片层结构上。 • 色素电子传递。 • 高等植物最终电子供体是水，最终电子受
体为NADP。
7.10 Basic concept of energy transfer during photosynthesis
2. 组成 ：
• A. 聚光色素系统：由大部分chla,全部chlb和 类胡萝卜素(聚光色素或天线色素)及相关蛋白 组成 ，只具有收集和传递光能的作用。
B. 反应中心（reaction centre)：由反应中心色 素(少数chla)、原初电子供体和原初电子受 体和相关蛋白组成，具有将光能转换为电能 的作用。
7.19 Funneling of excitation from antenna system toward reaction center (Part 2)
(B)Some energy is lost as heat to the environment by this process, but under optimal conditions almost all the excitations absorbed in the antenna complexes can be delivered to the reaction center. The asterisks denote an excited state.
原初反应是光合作用的起点，是指光合作用色素分 子被光激发到引起第一个光化学反应的过程。它 包括光能的吸收、传递以及将光能转化为电能， 这一切都发生在类囊体膜上。
光合单位 photosynthetic unit
1. 定义：是指能够独自进行光能的吸收、传递和 能量转化、以及水的光解放氧的光反应的基本 单位。它是由200~300个chl分子及相关蛋白质 密切合作完成的。
激发能的传递速度及效率很高，一个红光量子可 传过几百个chla分子(30ps/个)，效率达
90~100%
7.19 Funneling of excitation from antenna system toward 源自文库eaction center (Part 1)
Funneling of excitation from the antenna system toward the reaction center. (A)The excitedstate energy of pigments increases with distance from the reaction center; that is, pigments closer to the reaction center are lower in energy than those farther from the reaction center. This energy gradient ensures that excitation transfer toward the reaction center is energetically favorable and that excitation transfer back out to the peripheral portions of the antenna is energetically unfavorable.
2. 光能的吸收与传递
光照到叶绿体上时，类囊体膜上的叶绿体色素吸 收光能而激发，由于 色素分子排列紧密及其特
殊的共轭体系，激发能可在相同色素分子间 (2nm)以激子传递（exciton transfer)或相同及 不同色素分子间(>2nm)共振传递（resonance transfer)的方式传递，最后传给反应中心的中 心色素（chla）。
Light enengy transfer into electric enengy.转化为电能 DPA → DP*A →DP+A- →D+PA-
Ⅰ.电子传递需两个光系统：PSI 和PSII
两个光系统的发现：
———红降现象和双光增益效应 红降 red drop: Emerson在1943年研
究不同波长的光的光合效率时发现， 当光的波长大于685nm时，虽然仍 在叶绿素的吸收范围，但光合量子产 额（每吸收1个光量子所放出O2的分 子数或吸收CO2的分子数）急剧下降。
1920年warburg的小球藻闪光实验
同等光强 连续照射， 光合效率小，放氧少 相同时间
间歇照射(每次闪光0.0034S，间歇 0.0166S， 每秒50次)，光合效率高，放氧多 结论：光合作用分两个阶段，前者需光，后者不需光。
• 目前已证实，光合作用分光反应和暗反应两个阶段，前者发生在 类囊体膜上，后者发生在叶绿体基质中。
原初反应：
光反应
水的光解放氧
光能的吸收、传递与转化
电子传递与光合磷酸化： 形成活跃的化学能
暗反应 碳的固定：
形成稳定的化学能
3.3 光合作用机理
3.3.1 光能吸收
原初反应
• 光合单位=聚光色素系统+反应中心 • 原初反应=光能吸收+传递+转换
3.3.1 原初反应 Primary Reaction
7.20 Two-dimensional view of the structure of the LHCII antenna complex from higher plants
FIGURE 7.20 Two-dimensional view of the structure of the LHCII antenna complex from higher plants.
3.3 光合作用机理
光合作用三步骤：
1）光能吸收、传递和转化：原初反应。
2）电能转化为化学能：电子传递和光合磷 酸化。
3）化学能转化过程：碳同化。
3.3 光合作用机理
两类反应：
光反应：前二者基本属于光反应。 暗反应：后者属于暗反应。
3.3 光合作用机理
• 光合作用二个反应两个阶段的发现