叶绿体的结构和成分

关于叶绿体的结构和成分一、叶绿体的结构和成分第2页,共41页，2024年2月25日，星期天高等植物的叶绿体多呈扁平的椭圆形，直径约3～6μ，厚约2～3μ。shadeleaves>sunleaves。20～200/cell。第3页,共41页，2024年2月25日，星期天Thephotographofchloroplastunderelectronicmicroscope第4页,共41页，2024年2月25日，星期天外膜：双层，选择性通透，使叶绿体成为独立的亚细胞单位基质（间质）：不定型凝胶状，含丰富的酶、核酸、嗜饿体、核糖体、淀粉粒等类囊体：由膜构成的囊状结构1基粒类囊体(基粒片层)2基质类囊体(基质片层)

*所有的光合色素均位于类囊体膜上。*每个类囊体的膜围成一个腔，腔内充满水和盐类。第5页,共41页，2024年2月25日，星期天Chloroplast:structureandfunction被膜(envelop)类囊体(thylacoid)叶绿体(Chloro-plast）外被膜—permeability内被膜—selectivepermeability(H2O,O2,CO2—Free;Pi,TP,aa--Transporters)膜—光合色素、光合链——原初反应、电子传递和光合磷酸化（光合膜photosyntheticmembrane）腔—光合放O2间质（stroma）——光合碳循环酶（Rubisco),CO2固定(同化);DNA，RNA，核糖体70S——部分遗传自主第6页,共41页，2024年2月25日，星期天第7页,共41页，2024年2月25日，星期天ElementsofchloroplastH2O：75-80%。Drymatter：20-25%Proteins：30-50%——糖proteinLipids：20-30%，优势的为MGDG和DGDG，PG占总脂的10%左右。Pigments：8%Ash：10%

空间结构——“板块流动模型”。第8页,共41页，2024年2月25日，星期天ChloroplastsassembledperpendiculartolightdirectionunderlowlightintensityChloroplastsassembledparalleltolightdirectionunderhighlightintensity

弱光强光第9页,共41页，2024年2月25日，星期天叶绿体的发育光暗光原质体前质体第10页,共41页，2024年2月25日，星期天叶绿体发育第11页,共41页，2024年2月25日，星期天叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁，在与非绿色细胞(如表皮细胞和维管束细胞)相邻处，通常见不到叶绿体。这样的分布有利于叶绿体同外界进行气体交换。叶绿体的分布第12页,共41页，2024年2月25日，星期天二、光合色素的种类第13页,共41页，2024年2月25日，星期天聚光色素(天线色素)作用中心色素据作用分类（一）光合色素种类分类叶绿素类类胡萝卜素类叶绿素类a

(蓝绿色)叶绿素类b(黄绿色)胡萝卜素(carotene)(橙黄色)叶黄素(xanthophyll)(黄色)藻胆素(Phycocobilins)(chlorophyll)(carotenoid)第14页,共41页，2024年2月25日，星期天所有的叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中chlorophyll（二）光合色素分布第15页,共41页，2024年2月25日，星期天二、光合色素的化学特性第16页,共41页，2024年2月25日，星期天（一）叶绿素Chlorophylls1卟啉环头部：

*4个吡咯环，其中心1个Mg与4个环上的N配位结合。*带电，是发生e跃迁和氧化还原反应的位置。*呈极性，亲水，与类囊体膜上的蛋白结合2双羧酸尾部：

*1个羧基在副环(V)上的以酯键与甲基结合－－甲基酯化;*另一个羧基（丙酸）在IV环上与植醇（叶绿醇）结合－－植醇基酯化

*非极性，亲脂，插入类囊体的疏水区，起定位作用

1.Chla

2.Chlb:环II上甲基被醛基取代

3.Chlc:缺乏长链尾部

4.Chld:环I上亚甲基被氧醛基取代

CHlaCHlbCHldCHlc第17页,共41页，2024年2月25日，星期天不溶于水，溶于有机溶剂（乙醇、丙酮、石油醚），干叶必须用含水的有机溶剂抽提。ChlaChlb第18页,共41页，2024年2月25日，星期天叶绿素空间结构示意图第19页,共41页，2024年2月25日，星期天叶绿素功能绝大部分叶绿素a分子和全部叶绿素b分子具有收集和传递光能作用，少数特殊状态的叶绿素a分子有将光能转化为电能的作用！第20页,共41页，2024年2月25日，星期天（二）类胡萝卜素Carotenoids1.8个异戊二烯单位形成的四萜

2.两头对称排列紫罗兰酮环

3.不饱和C、H结构，疏水、亲脂类胡萝卜素都不溶于水，而溶于有机溶剂。胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈鲜黄色。四萜化合物——共轭双键体系——吸收和传递光能。第21页,共41页，2024年2月25日，星期天叶绿素chlorophyll（上）和胡萝卜素carotene分子模型第22页,共41页，2024年2月25日，星期天类胡萝卜素功能类胡萝卜素分子具有收集和传递光能作用，除此之外还有防护叶绿素免受多余光照伤害的功能！第23页,共41页，2024年2月25日，星期天三、光合色素的光学特性第24页,共41页，2024年2月25日，星期天第25页,共41页，2024年2月25日，星期天连续光谱与吸收光谱（absorptionspectrum）光连续光谱光吸收光谱第26页,共41页，2024年2月25日，星期天第27页,共41页，2024年2月25日，星期天AbsorptionspectrumChl:

强吸收区:

640-700nm(红)&400-500nm(蓝紫);不吸收区:

500-600nm(呈绿）在红光区Chla

的吸收峰波长长于Chlb的吸收峰波长，在蓝紫光区Chla

的吸收峰波长短于Chlb的吸收峰波长。第28页,共41页，2024年2月25日，星期天Carotene:

强吸收区:400-500(蓝紫);不吸收区：500以上（呈黄色或棕色）类胡萝卜素除吸收和传递光能以外，还可稳定质体中的叶绿素分子，防止其自身氧化或被阳光破坏。第29页,共41页，2024年2月25日，星期天植物的叶色Chl/Caro=3/1Chla/Chlb=3/1Chl易被破坏(衰老和逆境)；而Caro很稳定第30页,共41页，2024年2月25日，星期天荧光(fluorescence)与磷光(phosphorescence)荧光现象:叶绿素提取液在透射光下为绿色，在反射光下为红色(叶绿素a为血红色，叶绿素b为棕红色),这种现象叫荧光现象,发出的光叫荧光．荧光的寿命很短，约为10-9s。光照停止，荧光也随之消失。在进行光合作用的叶片很少发出荧光。当荧光出现后，立即中断光源，色素分子仍能持续短时间的“余辉”，这种现象，叫磷光现象，发出的光叫磷光,磷光的寿命为10-2～103秒，强度仅为荧光的1%。磷光现象:第31页,共41页，2024年2月25日，星期天光能的吸收和释放

光兼具波和粒子的双重性质：

1.C=λγ(C:光速3×108m/s)

2.E=hγ=hC/λ(h:普朗克常数，6.626×10-34

Js)

光子的能量与频率成正比，与波长成反比颜色紫外紫蓝绿黄橙红远红红外波长100-400400-425425-490490-550550-580585-640640-700700-740>740能量40029027423021219618116685

第32页,共41页，2024年2月25日，星期天基态蓝光红光

荧光磷光~60千卡第二单线态激发态叶绿素分子受光激发时电子能量水平图解~31千卡三线态放热

~43千卡第一单线态荧光和磷光现象的产生第33页,共41页，2024年2月25日，星期天Chl*释放能量的方式：

★处于第二单线态的Chl*以热的形式释放部分能量；

★处于第一单线态的Chl*以3种形式释放能量。

该方式的能量用于光合作用第34页,共41页，2024年2月25日，星期天激发态分子自发地衰减回到基态所发出的光为荧光；Chl发出的荧光为暗红色：

Chl*能量的一小部分消耗于分子内部振动上，辐射出的光能弱于红光的能量，故其荧光的波长略大于红光的波长(>10nm),呈暗红色。第35页,共41页，2024年2月25日，星期天四、叶绿素的形成

Chlbiosynthesis

第36页,共41页，2024年2月25日，星期天合成途径：合成条件：光照温度矿质元素合成前体：ð-氨基酮戊酸第37页,共41页，2024年2月25日，星期天谷氨酸或α-酮戊二酸→δ-氨基酮戊酸(ALA)

→

2ALA

→胆色素原（PBG)

→

4PBG→尿卟啉原Ⅲ

→粪卟啉原Ⅲ

→有氧原卟啉Ⅸ

→

Mg-原卟啉(原卟啉Ⅸ与Fe结合，则可合成亚铁血红素)

→原叶绿素酸酯→经光照还原为叶绿酸酯→叶绿素a→叶绿素b。第38页,共41页，2024年2月25日，星期天第39页,共41页，2024年2月25日，星期天Environmentalconditionsinfluencing

Chlbiosynthesis(1)Light

原叶绿素酸酯→叶绿素酸酯，叶绿体发育。缺光黄化。例外——柑桔种子及莲子的胚芽。(2)Temperatu