光合作用的过程课件

2. 发射荧光与磷光
➢ 激发态的叶绿素分子 回至基态时，可以光 子形式释放能量。
➢ 荧光。 ➢ 磷光。
➢ Chl* 10-9s Chl ＋ hν 荧光发射 ➢ ChlT 10-2s Chl ＋ hν 磷光发射 ➢ 磷光波长比荧光波长长，转换的时间也较长，而强度只有荧
光的1%，故需用仪器才能测量到。
➢反应中心色素分子 是光化学反应中最先 向原初电子受体供给 电子的，因此反应中 心色素分子又称原初 电子供体。
去镁叶绿素 副叶绿素
去镁叶绿素
副叶绿素 胡萝卜素
配对叶绿素
光系统‖的反应中心
2.光化学反应
➢原初反应的光化学反应实际就是由光引起的反应中心 色素分子与原初电子受体间的氧化还原反应，可用下式 表示光化学反应过程：
二、光化学反应
(一)反应中心与光化学反应 1.反应中心 ➢ 原初反应的光化学反应是在
光系统的反应中心进行的。
➢反应中心是发生原初反应的最小单位。 ➢由反应中心色素分子、原初电子受体、次级电子受体 与供体等电子传递体，以及维持这些电子传递体的微 环境所必需的蛋白质等成分组成的。
➢反应中心中的原初 电子受体是指直接接 收反应中心色素分子 传来电子的电子传递 体
(一) 激发态的形成 ➢能量的最低状态─基态。 ➢色素分子吸收了一个光子 后-----高能的激发态。
➢ Chl（基态）+hυ 10－15s Chl* （激发态）
图8 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图 各能态之间因分子内振动和转动还表现出若干能级。
叶绿素分子受光激发后的能级变化
➢叶绿素：
红光区:被红光激 发，电子跃迁到 能量较低的第一 单线态
蓝光区:被蓝光激 发，电子跃迁到 第二单线态。
➢配对电子的自旋
方向：单线态；
三 线 态 ； 第 一 单 图8 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图 虚
线 态 ； 第 二 单 线 线表示吸收光子后所产生的电子跃迁或发光，
态
实线表示能量的释放，
半箭头表示电子自旋方向
(二)激发态的命运
1.放热 2.发射荧光与磷光 3.色素分子间的能量传递 4.光化学反应
递。
激子传递
➢ 激子通常是指非金属晶体 中由电子激发的量子，它 能转移能量但不能转移电 荷。
➢ 这种在相同分子内依靠激 子传递来转移能量的方式 称为激子传递。
共振传递
➢ 在色素系统中，一个色素分子吸 收光能被激发后，其中高能电子 的振动会引起附近另一个分子中 某个电子的振动(共振)，当第二 个分子电子振动被诱导起来，就 发生了电子激发能量的传递。这 种依靠电子振动在分子间传递能 量的方式就称为“共振传递”。
P·A hυ P*·A
P+·A－
基态反应中心 激发态反应中心 电荷分离的反应中心
➢反应中心出现了电荷分离(P+) (A-) ，到这里原初反应 也就完成了。
➢原初电子供体P+失去电子，有了“空穴”，成为“陷 阱” ，便可从次级电子供体(D)那里争夺电子；而原初 电子受体得到电子，使电位值升高，供电子的能力增强， 可将电子传给次级电子受体(A1) 。
反应中心色素：少数特殊状
态的chl a分子，它具有光化学活性， 是光能的“捕捉器”、“转换器”。
聚光色素（天线色素）：
没有光化学活性，只有收集光能的 作用，包括大部分chla 和全部chlb、 胡萝卜素、叶黄素。
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概念
光合单位 光合膜上能进行完整光反应的最小结构单位
一、光能的吸收与传递
1.放热
➢激发态的叶绿素分子在 能级降低时以热的形式释 放能量，此过程又称内转 换或无辐射退激。
Chl* → Chl+热 Chl* → ChlT +热 ChlT → Chl+热
➢ 另外吸收蓝光处于第二单线态的叶绿素分子，其具有的能量虽 远大于第一单线态的叶绿素分子。但超过部分对光合作用是无用的， 在极短的时间内以热能释放。 ➢ 由于叶绿素是以第一单线态参加光合作用的。在能量利用上蓝 光没有红光高。 ？？
共振传递示意图
➢在共振传递过程中，供体和受体分子可以是同种，也可以是异种 分子。分子既无光的发射也无光的吸收，也无分子间的电子传递 。
通过上述色素分子间的能量传递，聚光色素吸收 的光能会很快到达并激发反应中心色素分子，启动 光化学反应。
图 光合作用过程中能量运转的基本概念
图 聚光系统到反应中心能量激发呈漏斗状
•
能量转变 光能 电能 活跃的化学能 稳定的化学能
贮能物质 量子 等
电子
ATP、NADPH2
碳水化合物
转变过程 原初反应 电子传递 光合磷酸化 碳同化
时间跨度(秒)10-15－10-9 10-10－10-4 100－101 101－102
反应部位 PSⅠ、PSⅡ颗粒 类囊体膜 类囊体 叶绿体间质
是否需光 需光 不一定，但受光促进 不一定，但受光促进
不同层次和时间上的光合作用
第三节 原初反应
➢ 原初反应 是指从光合色素分子被光激发，到引起 第一个光化学反应为止的过程。 ➢ 它包括： 光物理－光能的吸收、传递
光化学－有电子得失
原初反应特点 1) 速度非常快，10－12s∽10－9s内完成； 2) 与温度无关，(77K，液氮温度)(2K，液氦温度)； 3) 量子效率接近1
光合作用的过程
光合作用的过程和能量转变
➢光合作用的实质是将光能转变成化学能。 根据能量转变的性质，将光合作用分为三个阶段:
➢1.原初反应:光能的吸收、传递和转换成电能； ➢2.电子传递和光合磷酸化:电能转变为活跃化学能; ➢3.碳同化:活跃的化学能转变为稳定的化学能。
表1 光合作用中各种能量转变情况
3.色素分子间的能量传递
➢ 激发态的色素分子把激发能传递给处于基态的同种 或异种分子而返回基态的过程。
Chl*1＋ Chl2
供体分子 受体分子
Chl1＋Chl*2
➢一 般 认 为 ， 色 素 分 子间激发能不是靠分 子间的碰撞传递的， 也不是靠分子间电荷 转移传递的，可能是 通过“激子传递”或 “共振传递”方式传
➢对提取的叶绿体色素浓溶液照光， 在与入射光垂直的方向上可观察到呈 暗红色的荧光。
离体色素溶液为什么易发荧光？
➢因为溶液中缺少能量受体或电子受 体的缘故。 ➢荧光猝灭剂：在色素溶液中，如加 入某种受体分子，能使荧光消失。常 用Q表示。在光合作用的光反应中，Q 即为电子受体。 ➢色素发射荧光的能量与用于光合作 用的能量是相互竞争的，这就是叶绿 素荧光常常被认作光合作用无效指标 的依据。