光合作用机理

精品文档 1欢迎下载 光合作用机理光合作用机理 光合作用的是能量及物质的转化过程 首先光能转化成光合作用的是能量及物质的转化过程 首先光能转化成 电能 经电子传递产生电能 经电子传递产生 ATPATP 和和 NADPHNADPH 形式的不稳定化学能 形式的不稳定化学能 最终转化成稳定的化学能储存在糖类化合物中 分为光反最终转化成稳定的化学能储存在糖类化合物中 分为光反 应 应 lightlight reactionreaction 和暗反应 和暗反应 darkdark reactionreaction 前者 前者 需要光 涉及水的光解和光合磷酸化 后者不需要光 涉需要光 涉及水的光解和光合磷酸化 后者不需要光 涉 及及 CO2CO2 的固定 分为的固定 分为 C3C3 和和 C4C4 两类 两类 一 光合色素和电子传递链组分 一 光合色素和电子传递链组分 1 1 光合色素 光合色素 类囊体中含两类色素 叶绿素 图类囊体中含两类色素 叶绿素 图 7 217 21 和橙黄色的类 和橙黄色的类 胡萝卜素 通常叶绿素和类胡萝卜素的比例约为胡萝卜素 通常叶绿素和类胡萝卜素的比例约为 3 13 1 chlachla 与与 chlbchlb 也约为也约为 3 l3 l 全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素 全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素 都包埋在类囊体膜中 与蛋白质以非共价键结合 一条肽都包埋在类囊体膜中 与蛋白质以非共价键结合 一条肽 链上可以结合若干色素分子 各色素分子间的距离和取向链上可以结合若干色素分子 各色素分子间的距离和取向 固定 有利于能量传递 固定 有利于能量传递 图图 7 217 21 叶绿体分子结构叶绿体分子结构 2 2 集光复合体 集光复合体 lightlight harvestingharvesting complexcomplex 精品文档 2欢迎下载 由大约由大约 200200 个叶绿素分子和一些肽链构成 图个叶绿素分子和一些肽链构成 图 7 227 22 大部分色素分子起捕获光能的作用 并将光能以诱导共振大部分色素分子起捕获光能的作用 并将光能以诱导共振 方式传递到反应中心色素 因此这些色素被称为天线色素 方式传递到反应中心色素 因此这些色素被称为天线色素 叶绿体中全部叶绿素叶绿体中全部叶绿素 b b 和大部分叶绿素和大部分叶绿素 a a 都是天线色素 都是天线色素 另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用 叫做另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用 叫做 辅助色素 辅助色素 图图 7 227 22 集光复合体集光复合体 3 3 光系统 光系统 PS PS 吸收高峰为波长吸收高峰为波长 680nm680nm 处 又称处 又称 P680P680 至少包括 至少包括 1212 条条 多肽链 位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜上 包括多肽链 位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜上 包括 一个集光复合体 一个集光复合体 light hawestinglight hawesting comnplexcomnplex LHCLHC 一个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体 一个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体 oxygenoxygen evolvingevolving complexcomplex D D1 1和和 D D2 2为两条核心肽链 为两条核心肽链 结合中心色素结合中心色素 P680P680 去镁叶绿素 去镁叶绿素 pheophytin pheophytin 及质体醌及质体醌 plastoquinone plastoquinone 4 4 细胞色素 细胞色素 b b6 6 f f 复合体复合体 cyt cyt b b6 6 f f complex complex 精品文档 3欢迎下载 可能以二聚体形成存在 每个单体含有四个不同的亚可能以二聚体形成存在 每个单体含有四个不同的亚 基 细胞色素基 细胞色素 b b6 6 b b563 563 细胞色素 细胞色素 f f 铁硫蛋白 以及亚 铁硫蛋白 以及亚 基基 被认为是质体醌的结合蛋白 被认为是质体醌的结合蛋白 5 5 光系统 光系统 PSIPSI 能被波长能被波长 700nm700nm 的光激发 又称的光激发 又称 P700P700 包含多条肽链 包含多条肽链 位于基粒与基质接触区和基质类囊体膜中 由集光复合体位于基粒与基质接触区和基质类囊体膜中 由集光复合体 和作用中心构成 结合和作用中心构成 结合 100100 个左右叶绿素分子 除了几个左右叶绿素分子 除了几 个特殊的叶绿素为中心色素外外 其它叶绿素都是天线色个特殊的叶绿素为中心色素外外 其它叶绿素都是天线色 素 三种电子载体分别为素 三种电子载体分别为 A A0 0 一个 一个 chlachla 分子分子 A A1 1 为维生为维生 素素 K K1 1 及及 3 3 个不同的个不同的 4Fe 4S4Fe 4S 二 光反应与电子传递 二 光反应与电子传递 P680P680 接受能量后 由基态变为激发态 接受能量后 由基态变为激发态 P680 P680 然后 然后 将电子传递给去镁叶绿素 原初电子受体 将电子传递给去镁叶绿素 原初电子受体 P680 P680 带正电带正电 荷 从原初电子供体荷 从原初电子供体 Z Z 反应中心 反应中心 D D1 1蛋白上的一个酪氨酸蛋白上的一个酪氨酸 侧链 得到电子而还原 侧链 得到电子而还原 Z Z 再从放氧复合体上获取电子 氧再从放氧复合体上获取电子 氧 化态的放氧复合体从水中获取电子 使水光解 化态的放氧复合体从水中获取电子 使水光解 2H2H 2 2O O O O2 2 4H4H 4e4e 在另一个方向上去镁叶绿素将电子传给在另一个方向上去镁叶绿素将电子传给 D D2 2上结合的上结合的 Q QA A Q QA A又迅速将电子传给又迅速将电子传给 D D1 1上的上的 Q QB B 还原型的质体醌从光 还原型的质体醌从光 系统系统 复合体上游离下来 另一个氧化态的质体醌占据其复合体上游离下来 另一个氧化态的质体醌占据其 位置形成新的位置形成新的 Q QB B 质体醌将电子传给细胞色素 质体醌将电子传给细胞色素 b b6 6 f f 复合体 复合体 同时将质子由基质转移到类囊体腔 电子接着传递给位于同时将质子由基质转移到类囊体腔 电子接着传递给位于 精品文档 4欢迎下载 类囊体腔一侧的含铜蛋白质体蓝素类囊体腔一侧的含铜蛋白质体蓝素 plastocyanin plastocyanin PC PC 中中 的的 CuCu2 2 再将电子传递到光系统 再将电子传递到光系统 P700P700 被光能激发后释放出来的高能电子沿着被光能激发后释放出来的高能电子沿着 A A0 0 A A1 1 4Fe 4S4Fe 4S 的方向依次传递 由类囊体腔一侧传向类囊体基的方向依次传递 由类囊体腔一侧传向类囊体基 质一侧的铁氧还蛋白 质一侧的铁氧还蛋白 ferredoxinferredoxin FDFD 最后在铁氧还 最后在铁氧还 蛋白蛋白 NADP NADP 还原酶的作用下 将电子传给还原酶的作用下 将电子传给 NADPNADP 形成 形成 NADPHNADPH 失去电子的 失去电子的 P700P700 从从 PCPC 处获取电子而还原 图处获取电子而还原 图 7 7 2323 图图 7 237 23 非循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化 以上电子呈以上电子呈 Z Z 形传递的过程称为非循环式光合磷酸化形传递的过程称为非循环式光合磷酸化 图 图 7 237 23 当植物在缺乏 当植物在缺乏 NADPNADP 时 电子在光系统内时 电子在光系统内 流流 动 只合成动 只合成 ATPATP 不产生 不产生 NADPHNADPH 称为循环式光合磷酸化 称为循环式光合磷酸化 图 图 7 247 24 精品文档 5欢迎下载 图图 7 247 24 非循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化 图图 7 257 25 两个光系统的协同作用两个光系统的协同作用 精品文档 6欢迎下载 三 光合磷酸化 三 光合磷酸化 一对电子从一对电子从 P680P680 经经 P700P700 传至传至 NADPNADP 在类囊体腔中增 在类囊体腔中增 加加 4 4 个个 H H 2 2 个来源于个来源于 H H2 2O O 光解 光解 2 2 个由个由 PQPQ 从基质转移而来 从基质转移而来 在基质外一个在基质外一个 H H 又被用于还原又被用于还原 NADPNADP 所以类囊体腔内有较 所以类囊体腔内有较 高的高的 H H pHpH 5 5 基质 基质 pHpH 8 8 形成质子动力势 形成质子动力势 H H 经经 ATPATP 合酶 渗入基质 推动合酶 渗入基质 推动 ADPADP 和和 PiPi 结合形成结合形成 ATPATP 图 图 7 267 26 ATPATP 合酶 即合酶 即 CFCF1 1 F F0 0偶联因子 结构类似于线粒体偶联因子 结构类似于线粒体 ATPATP 合酶 合酶 CFCF1 1同样由同样由 5 5 种亚基组成种亚基组成 3 3 3 3 的结构 的结构 CFCF0 0嵌在嵌在 膜中 由膜中 由 4 4 种亚基构成 是质子通过类囊体膜的通道 种亚基构成 是质子通过类囊体膜的通道 图图 7 267 26 氧化磷酸化和光合磷酸和的比较氧化磷酸化和光合磷酸和的比较 精品文档 7欢迎下载 四 暗反应 四 暗反应 C3C3 途径途径 C3 C3 pathway pathway 亦称卡尔文 亦称卡尔文 Calvin Calvin 循环 循环 COCO2 2 受体为受体为 RuBPRuBP 最初产物为 最初产物为 3 3 磷酸甘油酸磷酸甘油酸 PGA PGA C4C4 途径途径 C4 C4 pathway pathway 亦称哈奇 亦称哈奇 斯莱克斯莱克 Hatch Slack Hatch Slack 途途 径 径 COCO2 2受体为受体为 PEPPEP 最初产物为草酰乙酸 最初产物为草酰乙酸 OAA OAA 精品文档 8欢迎下载 景天科酸代谢途径 景天科酸代谢途径 CrassulaceanC