第四章 光合作用.docx
- 文档编号:26435961
- 上传时间:2023-06-19
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:264.48KB
第四章 光合作用.docx
《第四章 光合作用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第四章 光合作用.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第四章光合作用
第四章光合作用
第一节光合作用的概念和意义
一定义:
绿色植物吸收光能,同化二氧化碳和水,合成有机物并释放氧,同时将光能转变为化学能,贮存在有机物中的过程。
二特点:
三讨论
1原料:
CO2、H2O
2动力:
光能
3场所:
绿色细胞(叶绿体)
4产物:
糖类(主要)、蛋白质和脂肪,氧。
5本质:
能量转变与物质转变的问题
四光合作用的意义
1把无机物转化为有机物;
2把光能转化为化学能贮存于有机物中;
3清除空气中的CO2、释放O2,根本改变了地面的生活环境,达到净化空气的目的;
4是人类寻求新能源和人工合成食物的理想模型。
第二节叶绿体和叶绿体色素
一叶绿体
(一)叶绿体的形态:
椭圆形
大小:
直径3~6微米,厚约2~3微米。
数量:
多(如:
蓖麻叶3~5X107个/mm2)
(二)叶绿体的基本结构
叶绿体膜:
外膜:
透性大
内膜:
透性小,主要控制物质进出的屏障。
基质(间质):
组成:
主要为可溶性蛋白质(酶)和其它代谢活跃的物质,呈高度流动性状态,具有固定二氧化碳的能力。
(光合作用的暗反应即淀粉的形成与
贮存是在此进行的。
)
嗜饿颗粒(滴)(脂滴):
是一类易与饿酸结合的颗粒,其主要成分是亲脂性的醌类物质。
功能是:
脂类仓库。
片层系统(类囊体):
类囊体:
是由双层膜组成中间含有间体物质、自身闭合的、呈压扁了的包囊体。
基粒:
由两个以上的类囊体垛叠而成。
基粒片层(类囊体):
小类囊体
基质片层(类囊体):
横跨两个基粒之间的片层(大类囊体)
膜的成分:
脂、蛋白质、色素(按一定方式排列在膜上,并分布有电子传递体)。
光合作用的能量转化功能是在类囊体膜上进行的(光和膜)。
(三)叶绿体的成分
1水---75%
2干物质---25%:
蛋白质:
30~45%
脂类:
29~40%
色素:
8%
灰分:
10%
贮存物质:
10~20%
核苷酸:
二光合(叶绿体)色素
在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素
(一)种类
叶绿素(a、b、c)
类胡萝卜素(胡萝卜素、叶黄素)
藻胆素(藻蓝蛋白、藻红蛋白)
(二)叶绿体色素的结构和化学特性
1叶绿素的结构与性质
分子式水溶性颜色
叶绿素aC55H72O5N4Mg不溶于水,溶于有机溶剂蓝绿色
叶绿素bC55H70O6N4Mg不溶于水,溶于有机溶剂黄绿色
结构:
作用:
吸收光,传递光,并能将光能转化为电能。
2类胡萝卜素(carotenoid)的结构和性质
分子式水溶性颜色
胡萝卜素C40H56不溶于水,溶于有机溶剂橙黄色
叶黄素C40H56O2不溶于水,溶于有机溶剂黄色
结构:
作用:
吸收光,传递光。
保护叶绿体的作用。
3藻胆素的结构和性质
藻蓝蛋白:
溶于水,呈蓝色。
藻红蛋白:
溶于水,呈红色。
结构:
作用:
吸收光和传递光。
4色素分子在叶绿体上的排列
特点:
色素分子相互紧密地排列在片层结构地界面,对光能在色素之间进行有效诱导共振传递是十分有利的。
(诱导共振:
A分子激发出来的电子,其能量以光的形式又引起B分子激发。
)
(三)光学特性
1太阳光的连续光谱
2色素的吸收光谱及吸收光谱的区域
叶绿素:
ג640~660nm的红光,ג430~450nm的蓝紫光。
(对绿光的吸收最少)
叶绿素a与叶绿素b吸收光谱的区别:
类胡萝卜素:
最大吸收带在蓝紫光部分,不吸收红光等波长的光波。
藻胆素:
主要吸收绿、橙光。
藻蓝蛋白吸收光谱的最大值在橙红光部分,藻红蛋白在绿黄光部分。
3不同的色素吸收不同波长的光的原因
发出传给
太阳的光子(粒子)光量子色素分子
受激发
跃迁电子
即:
电子(基态)电子(激发态)
能量
4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红色(叶绿素为血红色,叶绿素为棕红色,)这种现象称之。
原因:
(2)磷光现象:
叶绿素除了在光照时能辐射出荧光外,当去掉光源后,还能继续辐射出极微弱的红光(用精密仪器测知)这种光称为磷光。
结论:
叶绿素能被光激发。
三叶绿素的形成
(一)合成
第一阶段:
原脱植基叶绿素的形成
第二阶段:
叶绿素的形成
(二)叶绿素形成需要的条件
矿物离子(Mg)、温度、氧、光等。
(三)植物的叶色
1绿色:
叶绿素/类胡萝素=3/1
叶绿素a/叶绿素b=3/1
叶黄素/胡萝素=2/1
2红色:
气温、可溶性糖、花色素(红色)
3黄色:
叶绿素受破坏
第三节光合作用的机理
光合作用
光反应:
,1原初反应(指对光能的吸收、传递和转
在光下换的过程。
)
在叶绿体的类囊
体膜上进行的,2电子传递和光合磷酸化(指把原初反应
由光所引起的光中产生的电子顺序传递中把光能转化为
化学反应。
实质活跃的化学能的过程)
是产生同化力释
放氧。
暗反应:
在暗出3碳同化:
把活跃的化学能转变为稳定
或光下,在叶绿体的化学能。
的基质中进行,由
酶所催化的化学
反应。
实质是利用
同化力把CO2转化
为有机物的过程。
一原初反应
(一)原初反应(primaryreaction)是光合作用的第一幕,是指色素分子对光能的吸收、传递和将光能转化为电能的过程。
1光合中心
组成:
光合中心=聚光色素系统+反应中心
(1)聚光色素系统
组成:
250~300个聚光色素分子组成
作用:
不发生光化学反应,只有收集光能的作用。
(2)反应中心
组成:
反应中心=D(原初电子供体)+P+A(原初电子受体)
作用:
具有光化学特性,既能收集光,也能将光能转化为电能。
2原初反应的过程
(1)第一步:
聚光色素分子吸收光能,经传递传给反应中心色素分子P。
hv
(2)第二步:
PP*
-e+e
(3)底三步:
P*P+,AA-
+e-e
(4)第四步:
P+P,DD+
hv
DPADP*ADP+A-D+PA-
(二)光系统
1红降现象:
2双光增益效应(爱默生效应):
3光系统:
光系统Ι(PSΙ)、光系统ΙΙ(PSΙΙ)
PSI:
为小颗粒,存在于基质片层和基粒片层的非垛叠区。
组成:
反应中心P700、电子受体和PSΙ捕光复合体三部分组成。
光反应:
适合长光波反应。
PSⅡ:
其颗粒较大,受敌草隆抑制。
存在于基粒片层的垛叠区。
组成:
由核心复合体、PSΙΙ捕光复合体和放氧复合体(OEC)组成。
核心复合体:
由6种多肽组成。
其反应中心=Tyr+P680+pheo
捕光复合体:
LHCΙΙ
放氧复合体:
OEC,位于PSΙΙ的类囊体膜腔表面,由多肽和与放氧有关的锰复合体、氯和钙离子组成。
水在光照下经过PSΙΙ的作用,发生水裂解,释放氧,产生电子,将质子释放到类囊体腔中。
2H2OO2+4H++4e-(水光解释放氧)
光反应:
适合于短光波反应。
功能:
利用光能氧化水和还原质体醌。
二电子传递和光合磷酸化
1电子传递链
PSΙΙ:
P*QAQBPQH2Fe-SCytb6CytfPC
(细胞色素复合体:
由四主要多肽组成。
)
PSΙ:
A:
PCP700A0A1Fe-SFdNADP+
B:
P700*A0A1Fe-SFdCytb6PQ---P700
注意:
在电子传递过程中,也进行着质子传递。
如:
PQH2为可移动的电子载体.
2光合磷酸化
(1)概念:
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。
(2)方式:
非循环光合磷酸化和循环光合磷酸化
非循环光合磷酸化:
光
2ADP+2Pi+2NADP++H2O2ATP+2NADPH+O2
循环光合磷酸化:
光
ADP+PiATP
(3)ATP酶
位于基质片层和基粒片层的非垛叠区。
组成:
由头部(CF1)和柄部(CFO)组成。
功能:
把ADP和Pi合成为ATP。
(将ATP的合成与电子传递和H+跨膜转运偶联起来故称偶联因子。
)
过程:
类囊体中的H+可进入CF0,移动到CF1,被位于顶部的ATP复合酶催化,ATP合成。
(3)光合磷酸化的机理
化学渗透假说:
Ø化学渗透学说(chemiosmotictheory)由英国的米切尔(Mitchell 1961)提出,该学说假设能量转换和偶联机构具有以下特点:
v①由磷脂和蛋白多肽构成的膜对离子和质子的透过具有选择性
v②具有氧化还原电位的电子传递体不匀称地嵌合在膜
v③膜上有偶联电子传递的质子转移系统
v④膜上有转移质子的ATP酶
Ø在解释光合磷酸化机理时,该学说强调:
光合电子传递链的电子传递会伴随膜内外两侧产生质子动力(protonmotiveforce,pmf),并由质子动力推动ATP的合成。
许多实验都证实了这一学说的正确性。
同化力:
ATP、NADPH
三碳同化
固定二氧化碳的方式:
卡尔文循环、C4途径和景天科酸代谢途径。
(一)卡尔文循环(C3途径):
C3途径:
指在碳同化中,CO2的最初受体是1,5二磷酸核酮糖,CO2被固定后形成的第一个中间产物是一个含三个碳原子的化合物,故此途径称之。
进行场所:
基质
CO2的最初受体:
RuBP
生成的最初产物:
3-磷酸甘油酸(PGA)
过程:
四个阶段
(1)羧化阶段------CO2的固定阶段
酶
RuBP+CO2+H2O2PGA
(2)还原阶段------PGA的还原
Mg2+
PGA+ATPDPGA+ADP
DGPA+NADPH+H+PGAld
(3)更新阶段------产物合成阶段
(4)再生阶段------RuBP的再生
3CO2+3H2O+3RuBP+9ATP+6NADPHPGAld+6NADP++9ADP+9Pi
(二)C4途径(四碳双羧酸途径、HatchSlack途径)
1概念:
CO2受体:
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
场所:
叶肉细胞质
产物:
草酰乙酸(OAA)
2固定CO2的过程:
C4途径的意义
C4植物具较高光合速率的因素有:
1)C4植物的叶肉细胞中的PEPC对底物HCO-3的亲和力极高,细胞中的HCO3-浓度一般不成为PEPC固定CO2的限制因素;
2)C4植物由于有“CO2泵”浓缩CO2的机制,使得BSC中有高浓度的CO2,从而促进Rubisco的羧化反应,降低了光呼吸,且光呼吸释放的CO2又易被再固定;
3)高光强又可推动电子传递与光合磷酸化,产生更多的同化力,以满足C4植物PCA循环对ATP的额外需求;
4)鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束,从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。
Ø但是C4植物同化CO2消耗的能量比C3植物多,也可以说这个“CO2泵”是要由ATP来开动的,故在光强及温度较低的情况下,其光合效率还低于C3植物。
可见C4途径是植物光合碳同化对热带环境的一种适应方式。
C4途径的调节:
酶活性受光、效应剂和二价金属离子(Mg2+Mn2+)的调节
(三)景天科酸代谢(CAM)
1概念:
2固定CO2过程:
(四)C3植物和C4植物的光合特征
1C4植物和C3植物
2C4植物的光合作用较C3植物的强
(1)结构
C4植物C3植物
维管束鞘薄壁细胞:
大小
有叶绿体无或很少
叶肉细胞:
排列紧密,组成
“花环型”结构。
疏散
CO2的固定维管束鞘细胞叶肉细胞
淀粉形成:
叶肉细胞叶肉细胞
(2)生理
C4植物C3植物
RuBp羧化酶活性:
大(60倍)小
Km值7μmol450μmol
与CO2的亲和力:
大 小
光呼吸:
低 高
五 光呼吸
(一)概念:
植物细胞在光照下,吸收和放出的过程。
(二)光呼吸的生化过程
经过三种细胞器:
叶绿体过氧化体线粒体
(三)光呼吸的生理功能
第一种观点:
在干旱和高辐射期间,气孔关闭,CO2不能进入,会导致光抑制。
通过光呼吸释放CO2,消耗多余能量,对光器官起保护作用,避免产生光抑制。
第二种观点:
避免损失,是一种挽救途径。
六 光合作用的产物
第四节 影响光合作用的因素
一 外部因素
光照、二氧化碳、温度、矿质元素、水分。
二 内部因素
不同部位、不同生育期。
第五节 植物对光能的利用
一 植物的光能利用率
二 提高光能利用率的途径
延长光合时间、增加光合面积、加强光合效率、。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第四章 光合作用 第四