第5章光合作用

1、 1、掌握概念：光合作用、光反应、 暗反应、光合磷酸化 2、弄清楚光合磷酸化与氧化磷酸化 的异同 3、了解三碳循环 学习要求学习要求 光合作用 暗反应暗反应 光合作用是光合细胞捕获光能(太阳能) 并将其转变为化学能的过程，即绿色植物 或光合细菌，通过它们的光合色素，利用 太阳光能，同化二氧化碳和水，生成糖类 等有机化合物，同时释放氧气等物质的过 程。 概况概况叶绿体叶绿体 光反应光反应 光合作用的发现 一、1642年，比利时化学家赫尔蒙特(J.B van. Helmont)发现水分是建造植物体的唯一原料 二、1771年，英国化学家Priestley J发现密闭 容器中蜡烛燃烧会使其中的小鼠窒息

2、。若在 容器中放入一枝薄荷，能维持小鼠生活。结 论是植物能净化空气 三、1779年荷兰医生Ingenhousz J 证实植物 净化空气是依赖光的 四、1780年证实所谓净化的空气是植物产生的O2 光合作用的发现 五、1782年瑞士牧师Senebier J发现植物在光照时 吸收CO2放出氧气 六、1790s发现水作为光合作用的底物参与光合作用 七、1930s 英国学者Hill把光合作用分成两个阶段 （光反应和暗反应） 八、1950s 美国生化学家Calvin利用同位素示踪技 术阐明了CO2固定的循环途径 五年后五年后 90.8kg 2.3kg 光合作用的场所-叶绿体 叶绿体叶绿体 光合作用在细胞

3、内发生的场所 叶绿素叶绿素 类胡萝卜素类胡萝卜素 叶绿素叶绿素b 叶黄叶黄 素素 （含量占（含量占3/4） （含量占（含量占1/4） 外膜 内 膜 基 质 基粒 叶绿体中的色素叶绿体中的色素 叶绿体结构模叶绿体结构模 式图式图 (色素色素 )功 功 能能: 吸吸 收收 传传 递递 转转 化化 光光 能能, 用用 于于 光光 合合 作作 用用. 胡萝卜素胡萝卜素 叶绿素叶绿素a 光合作用的场所光合作用的场所 叶绿体叶绿体 (蓝绿色蓝绿色 ） （黄绿色（黄绿色 ） （橙红色（橙红色 ） （黄色）（黄色） 藻胆素 藻红蛋白 藻蓝蛋白 (仅存在于红藻、 蓝藻中) 叶绿素叶绿素色素色素 吸收可吸收可 见

4、的太见的太 阳光阳光 类胡萝卜类胡萝卜 素素主要吸主要吸 收收蓝紫光蓝紫光 叶绿素叶绿素主要主要 吸收吸收红橙光红橙光 和和蓝紫光蓝紫光 它们都不吸收绿光，所以叶片主它们都不吸收绿光，所以叶片主 要为绿色。要为绿色。 叶绿体色素的生物合成： 以谷氨酸和-酮戊二酸为原料，经一系列酶的 催化，首先形成无色的原叶绿素，然后在光下 被还原成叶绿素。 影响叶绿素合成的条件： （1）光照 （2）温度 （3）矿质元素 （4）水分 （5）O2 叶色变化： 决定于叶绿素含量，间接反映植株的营养水平和 生长发育状况，生产上常以此作为氮肥施用的指 标以及高产栽培的指标之一。 叶 绿 素 生 物 合 成 途 径 叶绿

5、体 光合作用在细胞内发生的场所 光合作用的基本公式： 6H2O+6 (CH2O)6+6 部位 : 植物的绿色部分 原料: 水和二氧化碳 产物: 糖类和氧气 能源: 足够强的可见光 CO2 光 光能 电能 活跃的 化学能 稳定的 化学能 量子电子 ATP NDAPH2 碳水化 合物等 原初反应 电子传递碳同化 能 量 变 化 能 量 物 质 转 变 过 程 PS， PS 光合磷酸化 类囊 体 类囊体 膜 叶绿体间 质 反 应 部 位 光合作用概括光合作用概括 物质转变物质转变 能量转变能量转变 光合作用的实质光合作用的实质 将无机物合成有机物将无机物合成有机物 将光能转变成化学能将光能转变成化学

6、能 光合作用的意义光合作用的意义 CO2O2 光合作用的意义光合作用的意义 “绿色工厂绿色工厂” “自动的空气净化器自动的空气净化器” “巨大的能量转换站巨大的能量转换站” 光合作用维持了大气中光合作用维持了大气中O O2 2和和COCO2 2含量的相对含量的相对 稳定稳定 对生物的进化具有重要作用。对生物的进化具有重要作用。 30 30亿亿2020亿年前，蓝藻制造亿年前，蓝藻制造O O2 2，使进行有，使进行有 氧呼吸的生物得以发生和发展。氧呼吸的生物得以发生和发展。O O2 2可形成可形成O O3 3 ，可滤去紫外线，减轻其对生物的破坏，使，可滤去紫外线，减轻其对生物的破坏，使 水生生物开

7、始逐渐在陆地生活，进而形成广水生生物开始逐渐在陆地生活，进而形成广 泛分布的各种动植物。泛分布的各种动植物。 光反应 光反应是在光下才 能进行的光物理和光 化学反应，需光合色 素作媒介,是将光能吸 收、传递和转化为化 学能的过程。光反应 包括光合磷酸化和水 的光氧化反应。 光反应系统 光能转变为化学能（movie. Electron receptor) 光合细菌只有一个光化学作用中心 电子传递体的组成与功能电子传递体的组成与功能 电子传递体的组成与功能 l（movie. cytochrome) 光反应系统 两个光合系统PSI和PSII（高等植物和藻类） 实质：电子强化器，利用光能推动电子逆电势

8、梯度 从水传递到NADP+。 红降现象：680nm以上光合作用（光合量子 效率）下降 增效现象：600nm + 700nm 当两种波长光同时给予时引起的放氧量比分别给予 时引起的放氧量总和还要大 光系统I（PSI） 光作用中心：P700，表示在700nm有最大吸收 的作用中心色素 作用：P700激活产生强还原剂，通过电子 传递最终产生NADPH 光系统II（PSII） 光作用中心：P680，表示在680nm有最大吸收 的作用中心色素 作用：激发水分子裂解释放出氧和电子。 光合链光合链 光合作用的光反应是由光系统和光系统这两 个光系统启动的，两个光系统由电子传递链连接 起来。连接两个光反应的排列

9、紧密而互相衔接的 电子传递物质称为光合链。 光合链的特点光合链的特点 电子传递链主要由光合膜上的 PS、Cytb6f、PSI三 个复合体串联组成。 电子传递有二处是逆电势梯度，这种逆电势梯度的“上 坡”电子传递均由聚光色素复合体吸收光能后推动， 而 其余电子传递都是顺电势梯度进行的。 水的氧化与PS电子传递有关，NADP+的还原与 PSI 电子传递有关。 PQ是双电子双H+传递体，它伴随电子传递，把 H+ 传 递类囊体膜内，造成类囊体内外的H+电化学势差，推 动ATP形成。 水的光氧化反应 光系统 从水中得到电子，产生氧，光驱动电子通过 细胞色素b6f复合体产生质子梯度，并推动ATP 合成 光

10、系统I 从光系统中得到电子，光驱动电子通过铁 氧还蛋白传递给NADP+使其还原 反应方程式: H2O+NADP+ADP+Pi O2+ATP+NADPH+H+ 叶绿体叶绿体 光合作用在细胞内发生的场所 类囊体膜的光合作用成分以及电子和质子的流动 PSI与PSII在类囊体膜上的定位在类囊体膜上的定位 光合磷酸化 由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联 而生成ATP的过程称为光合磷酸化。 产生ATP和 NADPH 仅产生ATP 1、定义 2、相同点： 1）偶联机制产生ATP，能量来自于电子传递 产生的内外膜的质子梯度 2）电子传递链的组成 3、不同点： 1）部位不同 2）产物不同 3）能量来源不同

11、4）电子传递链不同 光合磷酸化与氧化磷酸化的区别 光合磷酸化与氧化磷酸化的异同光合磷酸化与氧化磷酸化的异同 项 目 相同点 不同点 光合磷酸 化 氧化磷酸化 进行 部位 均 在 膜 上 进行 类襄体膜线粒体内膜 ATP 形成 均经ATP合 成酶形成 在膜外侧在膜内侧 电子 传递 均 有 一 系 列 电 子 传 递体 在 光 合 链 上 在呼吸链上 能量 状况 均 有 能 量 转换 来 自 光 能 的 激 发 ， 贮藏能量 来自底物的 分解，释放 能量 H 2 O 的 关系 均与H2O有 关 H2O的光解H2O的生成 质子 泵 均 有 质 子 泵产生 PQ穿梭将H+ 泵到膜内 UQ穿梭将H+ 泵

12、到膜外 暗反应暗反应 暗反应：是利用光反应所产生的化学 能，即NADPH（H）的还原能和ATP 的水解能，来促进CO2的固定并还原 生成有机物（主要是糖）的过程， 是不需光的酶促反应过程。 不需要光参加的酶促反应不需要光参加的酶促反应 C的固定方式: 即三碳循环、RPP循环（还原性戊糖磷酸循环） Calvin循环 四碳循环 三碳循环三碳循环 1、CO2光合同化的最初羧化产物是磷酸甘油酸 2、中间产物糖磷酸酯的转化中间体 3、CO2的受体是1,5二磷酸核酮糖(RuBP) C C3 3循环循环( (光合碳循环，卡尔文循环光合碳循环，卡尔文循环) )：在所有：在所有 植物中进行。水稻、小麦、棉花等大

13、多数植植物中进行。水稻、小麦、棉花等大多数植 物为物为C3C3植物，只有该途径。植物，只有该途径。 rice RUBPRUBP羧化酶羧化酶 COCO2 2固定的三阶段固定的三阶段 COCO2 2固定的第二阶段固定的第二阶段 叶绿体内膜上的叶绿体内膜上的PiPi磷酸三糖转运系统磷酸三糖转运系统 光呼吸是指绿 色细胞在光下 吸收O2与释放 CO2的过程。 光呼吸光呼吸 光呼吸的生理意义光呼吸的生理意义 1.防止高光强对光合作用的破坏 2.防止氧对光合碳同化的抑制 3.磷酸丙糖和氨基酸合成的补充途径 暗呼吸与光呼吸的区别暗呼吸与光呼吸的区别 项项 目目暗呼吸暗呼吸光呼吸光呼吸 对光的要求对光的要求光

14、下，黑暗下均可进光下，黑暗下均可进 行行 只在光下与光合作只在光下与光合作 用同时进行用同时进行 底底 物物糖、脂肪、蛋白质、糖、脂肪、蛋白质、 有机酸有机酸 乙醇酸乙醇酸 进行部位进行部位活细胞的细胞质活细胞的细胞质线线 粒体粒体 叶绿体叶绿体过氧化物过氧化物 体体线粒体线粒体 呼吸历程呼吸历程糖酵解糖酵解三羧酸循环三羧酸循环 呼吸链呼吸链末端氧化末端氧化 乙醇酸循环乙醇酸循环(C 2循 循 环环) 能量状况能量状况产生能量产生能量消耗能量消耗能量 四碳循环四碳循环 COCO2 2收集收集 浓缩和浓缩和 转运系统转运系统 C C4 4循环循环(C4(C4一二一二 羧酸途径羧酸途径) )：在：在 C4C4植物中