《光合作用》PPT课件 (2).ppt
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1、第一节第一节 光合作用概述光合作用概述一、光合作用的概念及其重要性一、光合作用的概念及其重要性 光合作用光合作用绿色植物吸收阳光的能量,同化二氧化碳和水,制造有机物绿色植物吸收阳光的能量,同化二氧化碳和水,制造有机物质并释放氧气的过程。质并释放氧气的过程。来源?来源?CO2+H2O光光绿色植绿色植物物(CH2O)+O21、本质:上是一个氧化还原反应,H2O是电子供体(还原剂),被氧化到O2的水平;CO2是电子受体(氧化剂),被还原到糖的水平;氧化还原反应所需的能量来自光能。2、场所:用叶绿体代替绿色植物,说明叶绿体是进行光合作用的基本单位与场所。光光CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体叶
2、绿体3、O2的来源:光合作用中释放的O2来自H2O。光光CO2+2H2O (CH2O)+O2+H2O 叶绿体叶绿体 因此深入探讨光合作用的规律,揭示因此深入探讨光合作用的规律,揭示光合作用的机理,使之更好地为人类服光合作用的机理,使之更好地为人类服务,愈加显得重要和迫切。务,愈加显得重要和迫切。人类面临人类面临四大问题四大问题人口急增人口急增 食物不足食物不足 资源匮乏资源匮乏 环境恶化环境恶化依赖 光合生产第二节第二节 叶绿体与叶绿体色素叶绿体与叶绿体色素一、叶绿体的结构及成分一、叶绿体的结构及成分(一)叶绿体(一)叶绿体(一)叶绿体(一)叶绿体(chloroplastchloroplast
3、)的结构:)的结构:)的结构:)的结构:1 1、形态:、形态:、形态:、形态:扁平的椭圆状扁平的椭圆状 d:3-6um2、结构、结构两层膜:两层膜:控制物质进入叶绿体控制物质进入叶绿体基基(间间)质质基粒基粒可溶性蛋白酶可溶性蛋白酶其他的代谢活性物质。例如:其他的代谢活性物质。例如:氨基氨基酸,蛋白质酸,蛋白质,RNA,DNA脂类等脂类等色素色素蛋白质蛋白质(一)光合色素的结构和性质(一)光合色素的结构和性质光光合合色色素素叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素藻胆素藻胆素叶绿素叶绿素a(黄绿色黄绿色)叶绿素叶绿素b(蓝绿色)蓝绿色)胡萝卜素(橙黄色)胡萝卜素(橙黄色)叶黄素(黄色)叶黄素(黄色)高
4、等植物高等植物1.叶绿素的性质叶绿素的性质2.不溶于水,易溶于有机溶剂,叶绿酸的脂,亲水性,不溶于水,易溶于有机溶剂,叶绿酸的脂,亲水性,可与蛋白质结合,脂溶性可与蛋白质结合,脂溶性,有特殊的化学性质。有特殊的化学性质。二、光合色素的理化特性二、光合色素的理化特性叶绿素a C32H30ON4MgCOOCH3COOC20H39叶绿素b C32H28O2N4MgCOOCH3COOC20H39叶绿素是双羧酸的酯,一个羧基被甲醇所酯化,另一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。个羧基被叶绿醇所酯化。叶绿素叶绿素a与与b的不同之处是叶绿素的不同之处是叶绿素a比比b多两个氢少
5、一多两个氢少一个氧。两者结构上的差别仅在于叶绿素个氧。两者结构上的差别仅在于叶绿素a的第的第吡咯吡咯环上一个甲基环上一个甲基(CH3)被醛基被醛基(CHO)所取代。所取代。叶绿素分子含有一个卟啉环的叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部头部”和一个叶绿醇和一个叶绿醇(植醇植醇)的的“尾巴尾巴”。Mg-卟啉环结构图卟啉环由四个吡咯环与四个卟啉环由四个吡咯环与四个甲烯基甲烯基(CH)连接而成。连接而成。卟啉环的中央络合着一个镁卟啉环的中央络合着一个镁原子,镁偏向带正电荷,与原子,镁偏向带正电荷,与其相联的氮原子带负电荷,其相联的氮原子带负电荷,因而因而“头部头部”有极性。有极性。卟啉环上的共轭双键和中央
6、卟啉环上的共轭双键和中央镁原子容易被光激发而引起镁原子容易被光激发而引起电子的得失,这决定了叶绿电子的得失,这决定了叶绿素具有特殊的光化学性质。素具有特殊的光化学性质。2.类胡萝卜素的性质类胡萝卜素的性质 8个异戊二烯单位个异戊二烯单位组成的,含有组成的,含有40个碳原个碳原子的化合物,不溶于水而溶于有机溶剂,具子的化合物,不溶于水而溶于有机溶剂,具有收集光能的作用,防护光照伤害叶绿素的有收集光能的作用,防护光照伤害叶绿素的功能。叶绿素:类胡萝卜素功能。叶绿素:类胡萝卜素=3:1,胡萝卜素,胡萝卜素有有、三种同分异构体,其中三种同分异构体,其中胡萝卜素胡萝卜素能转变成维生素能转变成维生素A.叶
7、黄素是胡萝卜素衍生的叶黄素是胡萝卜素衍生的醇类。醇类。3.藻胆素的性质藻胆素的性质 藻类的主要光合色素,不溶于有机溶剂,藻类的主要光合色素,不溶于有机溶剂,藻胆素的四个吡咯环成直链共轭体系,不藻胆素的四个吡咯环成直链共轭体系,不含镁和叶醇链,具有吸收和传递光能的作含镁和叶醇链,具有吸收和传递光能的作用。用。图三、藻胆素的结构图思考一:植物体内有绿色和黄色两种色素,为什么叶子是绿色的而不是黄色的?为什么秋天或植物受害时,叶子是黄色的而不是绿色的?思考二:因为植物中因为植物中ChlChl:类胡萝卜素类胡萝卜素3 3:1 1,ChlChl含含量更高,绿色强于黄色,所以叶子是绿色的。量更高,绿色强于黄
8、色,所以叶子是绿色的。因为衰老和受害时,因为衰老和受害时,ChlChl更为敏感,首先受损,绿色更为敏感,首先受损,绿色消失,呈现出黄色。消失,呈现出黄色。(二)、光合色素的光学特性1、辐射能量光子携带的能量和光的波长的关系:E=Nhv=Nhc/E:每mol光子(或爱因斯坦)的能量 N:阿伏加德罗常数(6.021023)h:普朗克常数(6.626210-34)v:是频率(s-1):是波长(nm)c:是光速(2.9979108m-1)叶绿素:有两个强光波吸收区,红光部分640nm-660nm;蓝 紫光部分430nm-450nm 胡萝卜素:最大吸收带400-500nm的蓝紫光区,不吸收红光等长波光。
9、藻蓝蛋白:最大值在橙光部分 藻红蛋白:最大值在绿光部分 2、吸收光谱把叶绿素溶液放到光源和分光镜的中间,就可以看把叶绿素溶液放到光源和分光镜的中间,就可以看到光谱中有些波长的光线被吸收了,因此,在光谱到光谱中有些波长的光线被吸收了,因此,在光谱上就出现黑线或暗带,这些光谱称为吸收光谱。上就出现黑线或暗带,这些光谱称为吸收光谱。图四、光合色素的吸收光谱图五、叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱3、荧光现象和磷光现象(1),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(叶绿色a为血红色,叶绿b为棕红色)这种现象称为荧光现象。(2),磷光现象:叶绿素溶液当去掉光源后,还能继续辐射出极微弱的红光的
10、现象,称为磷光现象。意义:这两个现象说明叶绿素能够被光能所激发。三、叶绿素的生物合成(自学)叶绿素的生物合成是以谷氨酸或叶绿素的生物合成是以谷氨酸或a-酮戊二酸为原酮戊二酸为原料,经过一系列酶促反应,在光照条件下还原而成的。料,经过一系列酶促反应,在光照条件下还原而成的。第三节 光合作用机理光合作用光反应(light reaction):必须在光下才能进行的光化学反应。(类囊体膜)暗反应(dark reaction):在暗处也可以在光下 进行的酶促化学反应。(叶绿体基质)光合作用的反应步骤光能的吸收、传递和转化为电能的过程(原初反应)电能转化为活跃的化学能的过程(电子传递和光合磷酸化)活跃的化
11、学能转变为稳定的化学能的过程(碳同化)(光反应)(暗反应)一、原初反应1、概念:叶绿体色素分子对光能的吸收、传递和转换的过程。光合色素反应中心色素(reaction centre pigments):少数特殊状态的叶绿素a分子,具光化学特性。聚光色素(light-harvesting pigments):又称天线色素,只起吸收光能、并把光能传递到反应中心色素。包括大部分叶绿素a、全部叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素。2,光合单位:在类囊体膜上能进行光合作用的最小结构功能单位。光合单位聚光色素系统光合反应中心反应中心色素(p)原初电子受体(A)原初电子供体(D)原初电子受体:直接接受反应中心色素分子传
12、来电子的物质。原初电子供体:将电子直接供给给反应中心色素分子的物质。光合作用的原初反应:DP AhvDP*A DP+A-D+PA-1两个光系统:40年代,以红藻和绿藻为材料发现了红降现象和双光增益现象.红降现象红降现象双光增益现象双光增益现象.大于大于685nm685nm的远红光照射,光合速率的远红光照射,光合速率下降。下降。远红光与远红光与650nm650nm的红光同时照的红光同时照射,光合速率增加,大于两者射,光合速率增加,大于两者单独照射的和单独照射的和二、电子传递与光合磷酸化Emerson effectA.PS:.1、组成:反应中心色素P680、聚光复合体和放氧复合体。2、位置:位于类
13、囊体膜的非跺叠部分近内腔一侧。3、特征:水的光解和放氧。B.PS:1、组成:反应中心色素P700、聚光复合体和电子受体2、位置:位于类囊体跺叠部分近外腔一侧。3、特征:NADP的还原。光合链PSPS是由几种排列紧密的物质完成的。这一系列互相衔接着的电子传递物质,常被称为光合链。质体醌(质体醌(PQ),细胞色素细胞色素b6,细胞色素细胞色素f,和质体蓝素(和质体蓝素(PC)电子传递体按氧化还原电位高电子传递体按氧化还原电位高低排列,使电子传递链呈侧写低排列,使电子传递链呈侧写的的“Z”形。形。PS光合链的特点:1、光合链中的电子传递体有PQ、Cytb6f、Fe-S、PC等,其中PQ还可传递质子2
14、、光合链中有二处(P680 P680*和P700 P700*)是逆电势梯度的“上坡”电子传递,需聚光色素吸收和传递的光能来推动。3、释放1个O2,至少需8个光量子。4、每释放1个O2,就有8个H+进入类囊体腔。其中4个来自H2O的氧化,4个由PQ从基质带入类囊体膜内。2、光合磷酸化 概念概念光合磷酸化光合磷酸化(photosynthetic phosphorylation):叶绿体在光下催化ADP和无机磷转化为ATP,形成高能磷酸键的过程。非循环光合磷酸化非循环光合磷酸化非循环光合磷酸化非循环光合磷酸化循环光合磷酸化循环光合磷酸化循环光合磷酸化循环光合磷酸化PSII产生的电子,即水光解释放的电
15、子,经过一系列的传递,在细胞色素链上引起了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NDAPH+为NADPH,此外还放出氧气.ADP+Pi+NADP+H2O ATP+NADPH+H+1/2O2PSI产生的电子经过一些传递体传递后,只引起ATP的形成,而不放O2,不伴随其他反应:ADP+Pi ATP+H2O光光非环式光合磷酸化2H2O+2NADP+3ADP+3Pi O2+2NADPH+3ATPH H2 2O PS PQ Cyt.bO PS PQ Cyt.b6 6/f PC PS /f PC PS FdFd FNR FNR NADP NADP+特点:释放1O2,需分解2
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