叶绿体和叶绿体色素

叶绿素的提取
叶绿素是一种酯，因此不 溶于水。通常用含有少量水的 有机溶剂如80％的丙酮，或者 95%乙醇，或丙酮∶乙醇∶水 ＝4.5∶4.5∶1的混合液来提 取叶片中的叶绿素，用于测定 叶绿素含量。 之所以要用含有水的有机 溶剂提取叶绿素，这是因为叶 绿素与蛋白质结合牢，需要经 过水解作用才能被提取出来。 研磨法 浸提法 研磨法提取 光合色素
2.基质及内含物
基质：被膜以内的基础物质。以水为主体，内含多种离子、 低分子有机物，以及多种可溶性蛋白质等。 基质中能进行多种多样复杂的生化反应。 含有还原CO2 (Rubisco 1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶) 与合成淀粉的全部酶系 ——碳同化场所。 含有氨基酸、蛋白质、DNA、RNA、还原亚硝酸盐和硫酸盐 的酶类以及参与这些反应的底物与产物 ——N代谢场所。 脂类(糖脂、磷脂、硫脂)、四吡咯(叶绿素类、细胞色素类) 和萜类(类胡萝卜素、叶醇)等物质及其合成和降解的酶 类——脂、色素等代谢场所。
外 膜 磷 脂 和 蛋 白 的 比 值 是 3.0
(w/w) 。密度小 (1.08 g/ml ) ，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 磷脂和蛋白的比值是0.8（w/w）密度大(1.13g/ml),选择 透性膜。CO2、O2、H2O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才能通过；蔗糖、C5、C7糖的二磷酸酯、 NADP+、PPi等物质则不能通过。
叶绿素
类胡萝卜素
高等 植物
藻胆素 —— 藻类 共同特点：
分子内具有许多共轭 双键（激发态分子能 共振），能捕获光能， 捕获光能能在分子间 传递。
图 主要光合色素的结构式
(一)光合色素的结构和性质
1.叶绿素
使植物呈现绿色的色素。
叶绿素a 叶绿素b 叶绿素c 叶绿素d
高等植物
藻类中
叶绿素
细菌叶绿素—— 光合细菌
证实叶绿体中CO2同化和光合放氧反应部位的实验
光+CO2 低渗 完整叶绿体
O2+CH2O
光+Fe3+
Hill反应
破损叶绿体
O2
离心 基质
CO2
CH2O
问题：如何证明CO2同化 场所是在叶绿体的基质， 而光合放氧反应是在叶 绿体的膜上进行？
光合膜
光+ Fe3+
O
2
二、光合色素
在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素
提取方法
0.1g叶+10ml混合液浸提
2.类胡萝卜素(carotenoid)
是由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键，分 子的两端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环， 类胡萝卜素包括胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)两种。
环己烯
(紫罗兰酮环)
橙黄色
3
黄色
胡萝卜素(carotene)呈橙黄色，有α、β、γ三种同分异构体，
第二节
叶绿体和叶绿体色素
一、叶绿体(choroplast)的结构及成分 叶绿体膜 • 基质 • 基粒 • 嗜锇滴 • 成分 ：水、蛋白质、色素、脂类等 • 二、光合色素
一、 叶绿体的基本结构
叶绿体膜
叶绿体 基质(间质) 类囊体(片层)
1.叶绿体膜
由两层单位膜组成，两膜间距5～ 10nm。被膜上无叶绿素， 主要功能是控制物质的进出，维持 光合作用的微环境。 膜对物质的透性受膜成分和结构的 影响。膜中蛋白质含量高，物质透 膜的受控程度大。
叶绿素是双羧酸的酯，一个 羧基被甲醇所酯化 ，另一个 羧基被叶绿醇所酯化。 叶绿素a与b的不同之处是叶 绿素 a 比 b 多两个氢少一个氧。 两者结构上的差别仅在于叶 叶绿素结构 绿素 a 的第Ⅱ吡咯环上一个甲 含有由中心原子Mg连接四个吡咯环的卟啉环结 基(－CH3)被醛基(－CHO)所取 构和一个使分子具有疏水性的长碳氢链。 代。
4.类囊体膜上的蛋白复合体
蛋白复合体：由多种亚基、多种成分组成的复合体。 主要有四类： 即光系统Ⅰ（ PSI ）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、 Cytb６/f复合体和ATP酶复合体（ATPase）。
类囊体膜的蛋白质复合体参与了光能吸收、传递与转化、 电子传递、H+输送以及ATP合成等反应。 由于光合作用的光反应是在类囊体膜上进行的，所以称类 囊体膜为光合膜。
基质是淀粉和脂类等物的贮百度文库库。
3.类囊体
由单层膜围起的扁平小囊。 膜厚度5～7nm，囊腔空间为 10nm左右，片层伸展的方向 为叶绿体的长轴方向 类囊体分为二类： 基质类囊体 又称基质 玉米 片层，伸展在基质中 彼此不重叠； 类囊体片层堆叠的生理意义 基粒类囊体 或称基粒 1.膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集, 片层，可自身或与基 更有效地收集光能。 质类囊体重叠，组成 2.膜系统常是酶排列的支架，膜的堆叠易 基粒。 构成代谢的连接带，使代谢高效地进行。 堆叠区 片层与片层互 类囊体片层堆叠成基粒是高等植物细胞所 相接触的部分， 特有的膜结构,它有利于光合作用的进行。 非堆叠区 片层与片层 非互相接触的部分。
其中以β-胡萝卜素在植物体内含量最多。β-胡萝卜素在动物 体内经水解转变为维生素A。 叶黄素(xanthophyll)呈黄色，是由胡萝卜素衍生的醇类，也叫 胡萝卜醇,通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1。 一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1，所以 正常的叶子总呈现绿色。秋天或在不良的环境中，叶片中的叶 绿素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片 呈现黄色。
叶绿醇
• 叶绿素分子含有一个卟啉环的 “头部”和一个叶绿醇(植醇)的 “尾巴”。 • 卟啉环由四个吡咯环与四个甲烯 基(－CH＝)连接而成。 • 卟啉环的中央络合着一个镁原子， 镁偏向带正电荷，与其相联的氮 原子带负电荷，因而“头部”有 极性。 • 另外还有一个含羰基的同素环 （Ⅴ环上含相同元素），其上一 个羧基以酯键与甲醇相结合。 • 环Ⅵ上有一个丙酸侧链以酯键与 叶绿醇相结合，叶绿醇是由四个 异戊二烯单位所组成的双萜，具 有亲脂性，使色素分子固定在类 囊体膜上。 • 卟啉环上的共轭双键和中央镁原 子容易被光激发而引起电子的得 失，这决定了叶绿素具有特殊的 光化学性质。