天津中学生物第三章

天津中学生物第三章光合作用得重要性无机物转化成有机物每年同化约2×1011t碳素蓄积太阳能相当于3×1021J能量环境保护地球上得植物同化上述数量得有机物时,每年放出5、35×1011t氧气第一节叶绿体及叶绿体色素第二节光合作用得机理第三节影响光合作用得因素叶绿体得结构和成分光合色素得化学特性光合色素得光学特性一、叶绿体(chloroplast)得结构和成分:1、叶绿体膜(外被)

外膜(outermembrane)内膜(innermembrane)2、基质(stroma)3、基粒(grana)基粒片层基质片层类囊体放大膜水溶液

类囊体垛叠成基粒就是高等植物特有得现象,其意义在于使捕获光能得机构高度密集,更有效得收集光能;膜系统作为酶得排列支架,垛叠成长得传送带使代谢顺利进行、叶绿体得成分水分75%干物质蛋白质30--45%脂类20--40%色素8%无机盐10%贮藏物10--20%二、光合色素得化学特性1、叶绿素:chlorophyll

2、类胡萝卜素:carotenoid

3、藻胆素(phycobilin):

11大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流二、光合色素得化学特性1,叶绿素:chlorophyll(1)种类:主要就是chla,chlb(2)性质:不溶于水,易溶于酒精,丙酮等有机溶剂(3)颜色:chla(蓝绿色)chlb(黄绿色)(4)功能:

chla:收集光能,部分分子可以将光能转化为电能

chlb:只具有收集和传递光能功能。2、类胡萝卜素:carotenoid

(1)种类:胡萝卜素(carotene橙色)、叶黄素(xanthophyll黄色)(2)性质:不溶于水,易溶于有机溶剂(3)功能:收集光能,防止强光伤害叶绿素

3、藻胆素(phycobilin):(1)种类:藻红Pr(红色)、藻蓝蛋白(蓝色)(2)性质:易溶于水,不溶于有机溶剂(3)功能:收集光能三、叶绿体色素得光学特性(一)辐射能量:

1、光波二重性:电磁波:λ=400-700nm

粒子流:光子流

2、光量子:指每个光子具有得能量。

q=h·υυ=C/λq:单个光子具有得能量;υ:频率;

h:plank常数;λ:波长

q=hc/λ

即波长越长,能量越低,波长越短,能量越高。(二)吸收光谱1、太阳光谱:

300-2600nm,其中可见光390-760nm。2、吸收光谱:(1)叶绿素得吸收光谱:有两个强光吸收区:红光区:640-660nm

蓝紫光区:430-450nm

(2)胡萝卜素与叶黄素:主要吸收蓝紫光(3)藻胆素:主要吸收绿橙光叶绿素得吸收光谱fluorescenceofchlorophyll(三)荧光(fluorescence)和磷光(phosphorescence)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,这种现象称为荧光现象。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得红光,这种光称为荧光。第一三线态第二单线态第一单线态能量E0E1E2荧光热

热

热

热

磷光430nm吸收670nm吸收色素分子吸收光后能量转变(二)植物得叶色:叶绿素:类胡萝卜素=3:1chla:chlb=3:1

叶黄素:胡萝卜素=2:1黄叶:chl分解,类胡萝卜素稳定。红叶:叶内糖转化成花青素。第二节光合作用得机理简述原初反应电子传递和质子传递光合磷酸化碳同化光呼吸光合作用得产物1、光合作用过程:

光反应(lightreaction)暗反应(darkreaction)

2、光合作用得步骤:(1)光能得吸收,传递和转化。(原初反应)(2)电能转变成活跃得化学能。(电子传递和光合磷酸化)(3)活跃得化学能转变为稳定得化学能。(碳同化)光合作用得基本原理图解一、光能吸收(一)原初反应

(primaryreaction)1、色素得分类:作用中心色素(reactioncenterpigment)

聚光色素(light-harvestingpigment)2、光合作用单位(photosyntheticunit)光合作用单位=聚光色素系统+反应中心3、光能得吸收和传递:光→聚光色素吸收光量子而激发→光量子在叶绿体色素之间以诱导共振方式快速、高效地传递→大量光能集中传到作用中心。4、光合反应中心:(1)组成:光能转换色素、原初电子受体、原初电子供体(2)成分:结构蛋白和脂类,chla与脂Pr结合,按顺序排在片层上。(3)作用中心得功能:作用中心色素:受光激发,产生高能电子,将光能变成电能,

根据其吸收峰而分类定名,如P700,P680

原初电子受体:接受作用中心高能电子得物体。原初电子供体:以电子直接供给作用中心色素分子得物体。光合作用单位结构D-P-AD-P*-AD-P+-AD+-P-A-hvNADP光光eDPAH2O

反应中心光合单位原初反应过程TwoPhotosystems

◆

光系统Ⅰ(PSⅠ,PhotosystemⅠ)

Φ=11nm,在类囊体膜外侧,作用中心色素为P700,可将电子传给NADP使其还原成NADPH。

◆光系统Ⅱ(PSⅡ,PhotosystemⅡ)

Φ=17、5nm,在类囊体膜内侧,作用中心色素为P680,促进水分解,将水中得电子夺取交给PSⅠ

Photosystem＝Photosyntheticunit光系统Ⅱ

得基本结构光系统Ⅰ得结构类囊体膜上得两个光系统红降现象和Emerson效应发现两个光系统得实验两个光系统在叶绿体膜上得分布及其连接二、电子传递与质子传递光合电子传递链►组成:质体醌,细胞色素,质体蓝素等。►作用:在两个光系统间传送电子(一)PSⅡ1、组成:核心复合体

PSⅡ捕光色素复合体放氧复合体(oxgenevolvingplex,OEC)2、主要功能:(1)氧化水分子释放质子,在类囊体膜内侧进行。(2)还原质体醌,在类囊体膜外侧进行。3、放氧过程:光→PSⅡ受激发→从原初电子供体OEC夺取电子→OEC中得Tyr具备氧化能力,将水氧化分解放出分子氧。CO2+2H2O*→(CH2O)+O2*

+H2O

光合链在类囊体膜上得分布(二)Cytb6f复合体:由Cytf,Cytb6,Fe-s和一个亚单位组成复合体。(三)PSI:

作用中心:P700

组成原初电子供体:PC

原初电子受体:A0

负责将电子供给NADP,生成NADPH三、光合磷酸化

(photosyntheticphosphorylation)

非循环式光合磷酸化

(noncyclicphotophosphorylation)

循环式光合磷酸化

(cyclicphotophosphorylation)

非循环式光合磷酸化

OEC处水裂解后,把H+释放到类囊体腔,把电子释放到PSⅡ内,电子在光合电子传递链中传递时,伴随着类囊体外侧得H+转移到腔内,由此形成了跨膜得浓度差,引起ATP得形成,与此同时,把电子传递到PSⅠ去,进一步提高了能位,而使H+还原NADP+为NADPH,此外,还放出O2。在这个过程中,电子传递就是一个开放得通路,故称为非循环光合磷酸化。noncyclicphotophosphorylation循环式光合磷酸化

PSⅠ产生得电子经过一些传递体传递后,伴随形成腔内H+浓度差,只引起ATP得形成,而不放O2,也无NADP+还原反应。在这个过程中,电子经过一系列传递后降低了能位,最后经过PC重新回到原来得起点,也就就是电子传递就是一个闭合得回路,故称为循环光合磷酸化。cyclicphotophosphorylation光合链在类囊体膜上得分布化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)四、碳同化

(carbonassimilation)

卡尔文循环(Calvincycle)

C4途径(C4pathway)CAM途径(CAMpathway)卡尔文循环基本过程卡尔文循环得羧化阶段3CO2+3H2O+3RUBP+9ATP+6NADPH→PGAld+6NADP+9ADP+9Pi卡尔文循环(二)C4途径:(C4pathway)1、CO2得固定:(1)反应部位:叶肉细胞得胞质之中(2)反应:PEP+CO2+H2O→OAA+Pi2、转化和运输:

MA(苹果酸)

OAA运往维管束鞘细胞

Asp(天冬氨酸)3、CO2得释放:在维管束等细胞中进行,脱羧放出CO2,进入卡尔文环。4、PEP得再生:C4途径(C4pathway)(三)景天科酸代谢

(crassulaceaeacidmetabolismCAM)1、特点:(1)晚上:气孔开放,吸收CO2,与PEP结合生成OAA,然后生成MA存于液泡之中。(2)白天:气孔关闭,MA从液泡运到叶绿体,脱羧放出CO2,参与卡尔文循环同时磷酸丙糖可经糖酵解途径生成PEP备用。2、CAM途径:植物夜间有机酸含量高,糖分含量低,而白天酸度下降,糖分含量升高,这种有机酸合成日变化得代谢类型称为景天科酸代谢,简称CAM,这种光合作用途径叫做CAM途径。CAM植物夜昼代谢模式图

凤梨仙人球

CAM植物C3、C4和CAM植物得主要光合特征比较。五,光呼吸光呼吸:植物绿色组织细胞依赖光照,吸收O2放出CO2得过程。1、过程:(1)叶绿体-乙醇酸得形成:

RuBP+O2→3-PGA＋磷酸乙醇酸→乙醇酸＋Pi(2)过氧化物体:位于叶绿体附近,一般也线粒体有联系。乙醇酸―→乙醛酸―→甘氨酸―→进入线粒体(3)线粒体内得反应:

2甘aa→丝aa+CO2→丝aa又回到过氧化体。光呼吸得基本过程光呼吸得可能功能1、消除乙醇酸得毒害作用。

2、保护叶绿体免受光破坏。

3、防止氧气对光合作用中碳同化得抑制作用。C3植物和C4植物得光合特征C4植物和C3植物结构上得区别

C3和C4植物生理上得区别

C3植物和C4植物叶片结构比较C3和C4植物生理上得区别(1)光合作用:

A、两种CO2固定酶活性不同:

RuB