光合作用机理讲稿.doc

植物生理学课程讲稿光能的吸收传递与转化生物科学201202班 学号：20123097 郭远方光合作用包括一系列复杂的光化学反应和酶促反应过程。O.Warburg等在研究外界条件对光合作用的影响时发现，在弱光下增加光强能提高光合速率，但当光强增加到一定值时，光合速率便不再随光强的增加而提高，此时只有提高温度或CO2浓度才能增加光合速率。由此推断，光合作用至少有两个步骤，分别与光和温度有关。通过藻类闪光试验发现：连续不间断照光，光合效率较低；闪光照射，光合效率高。表明光合作用不是任何步骤都需要光。根据需光与否，把光合作用分为两个反应光反应（light reaction）和暗反应(dark reaction)。光反应是必须在光下才能进行的光化学反应，在类囊体膜上进行；暗反应是在叶绿体基质中的酶促化学反应。但近年来的一些研究表明，光反应的过程并不都需要光，暗反应过程中的一些关键酶活性也受光的调节。整个光合作用可大致分为三个步骤:原初反应、电子传递和光合磷酸化、碳同化过程。前两个步骤属于光反应，第三个步骤属于暗反应。原初反应：原初反应是指光合色素对光能的吸收、传递与转换过程。它是光合作用的第一步，特点：a: 速度快(10-12-10-9秒内完成)；b：与温度无关， (可在液氮-196或液氦-271下进行)。光合色素根据功能可以分为二类：（1）反应中心色素（reaction centre pigments），少数特殊状态的、具有光化学活性的叶绿素a分子。既捕获光能，又能将光能转换为电能(称为“陷阱”)。（2）聚光色素（lightharvesting pigments），又称天线色素(antenna pigments)，只起吸收光能，并把吸收的光能传递到反应中心色素。即除中心色素以外的色素分子，包括绝大部分叶绿素a和全部的叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素等。聚光色素位于光合膜上的色素蛋白复合体上，反应中心色素存在于反应中心（reaction center）。二者协同作用。实验表明，约250300个色素分子所聚集的光能传给一个反应中心色素。每吸收与传递1个光量子到反应中心完成光化学反应所需起协同作用的色素分子数，称为光合单位（photosynthetic unit，数量单位）。实际上，光合单位包括了聚光色素系统和光合反应中心两部分。是结合于类囊体膜上能完成光化学反应的最小结构的功能单位。天线色素传递能量的方式： a：“激子传递”（exciton transfer），指由高能电子激发的量子，只转移能量，不转移电荷。 b：“共振传递”(resonance transfer)，即依赖高能电子振动在分子间传递能量。特点：a：传递速率快；b：传递效率高，几乎接近100。反应中心的基本组成成分：至少包括一个中心色素分子或称原初电子供体（primary electron donor, P）、一个原初电子受体(primary electron acceptor, A)和一个次级电子供体（secondary electron donor, D），以及维持这些电子传递体的微环境所必需的蛋白质。才能将光能转换为电能。原初电子受体，是指直接接受反应中心色素分子传来电子的物质（A）。次级电子供体，是指将电子直接供给反应中心色素分子的物质。（D）高等植物的最终电子供体是水，最终电子受体是NADP+。天线色素分子将光能吸收和传递到反应中心后，使反应中心色素分子（P）激发而成为激发态（P*），释放电子供给原初电子受体(A)，同时留下了“空穴”，因而成为陷井（trap）。反应中心色素分子被氧化而带正电荷(P+)，原初电子受体被还原而带负电荷(A-)。这样，反应中心发生了电荷分离，反应中心色素分子失去电子，便从次级电子供体（D）那里夺取电子，于是反应中心色素恢复原来状态（P），而次级电子供体却被氧化（D+）。最后通过原初电子受体与次级电子供体之间的氧化还原反应，完成了光能到电能的转变。这一氧化还原反应在光合作用中不断地反复进行，原初电子受体A要将电子传给次级电子受体，最终传给NADP+。同样，次级电子供体D+也要向它前面的电子供体夺取电子，最终电子供体来源于水的光解。经研究发现，光合作用需要两个光化学反应的协同作用。一个吸收短波红光（680nm），即光系统(PS)；另一个吸收长波红光（700nm），即光系统(PS)PS的原初电子受体是去镁叶绿素分子(Pheo)，次级电子受体是醌分子。 PS的原初电子受体是叶绿素分子(A0)，次级电子受体是铁硫中心。PS的原初反应： P680Pheo h P680*Pheo P680+Pheo-PS的原初反应： P700A0 h P700*0 P700A0光能的吸收传递与转化过程可以分为2种：光物理过