普通生物学07-光合

7光合作用主讲 7 1光合作用的早期研究7 2光合自养生物是生物圈的生产者7 3光的性质与叶绿素7 4光系统与光反应7 5暗反应与葡萄糖的形成 7 1光合作用的早期研究1642年比利时科学家Helmont 1770年英国牧师Priestley大玻璃罩老鼠蜡烛 显微镜气孔 氧气的来源1930年 Stanford大学Niel细菌光合作用 CO2 H2SCH2O SCO2 H2OCH2O O2 植物的光合作用表达式 10年后同位素示踪CO2 H218OCH2O 18O2证明 在光合作用中 不是CO2而是H2O被光解放出了O2 7 2光合自养生物是生物圈的生产者 光合自养生物植物利用太阳能制造食物分子供自我代谢需要 原料CO2和H2O 为其它的生命直接或间接地提供了食物 是生物圈的生产者 光合自养生物主要种类陆生植物藻类光合细菌 植物 自养 食肉动物食草动物 真菌 以有机物为营养 叶绿体和光合膜叶片叶绿体分布于叶肉组织气孔控制着CO2和O2进出叶绿体的形状类似于一个凸透镜 直径范围为2 7 m 叶绿体外包被是双层生物膜 膜内含有称为基质的致密液体 悬浮分布于基质中的是一些膜系统 它们是一系列排列整齐的扁平囊状结构称之为类囊体 部分类囊体相互垛叠在一起像一摞硬币 称为基粒 光合膜是植物利用光能制造食物分子最重要的场所 7 3光的性质与叶绿素 光是一种电磁波粒子性质光子的能量与其波长成反比紫光波长最短 能量最大 红光波长较长 能量小日光经过棱镜折射 形成连续不同波长的光 即可见光谱 光的性质 光子照射到某些生物分子电子跃迁到更高的能量水平激发态 叶绿素分子是一种可以被可见光激发的色素分子 在光子驱动下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应 叶绿素叶绿素分子由碳和氮原子组成卟啉环与叶醇侧链相连结叶醇侧链插入到类囊体膜中光合作用的色素主要包括叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 藻胆素等叶绿素a启动光反应 问题 为什么植物都是绿色的 不同波长光作用下的光合效率称为作用光谱1883年 德国Engelmann水绵丝状绿藻螺旋带状叶绿体好氧游动的细菌棱镜不同波长的光向着红光和蓝光区域聚集 分光光度计 7 4光系统与光反应 光反应发生在类囊体膜上暗反应发生在叶绿体的基质中 光系统由叶绿素分子及其蛋白复合物 天线色素系统和电子受体等组成的单位称为光系统 光反应由两个光系统及电子传递链来完成 光系统I PSI 含有被称为 P700 的高度特化的叶绿素a分子光系统II PSII 含有另一种被称为 P680 高度特化的叶绿素a分子叶绿素b胡萝卜素天线色素复合物吸收或捕获太阳能传递给P700和P680反应中心叶绿素分子被激发放出高能电子 光系统I中P700被光能激发原初电子受体传给铁氧还蛋白最终电子受体NADP 一个氢质子被结合形成还原型的NADPH形成电子空穴光系统II的反应中心P680分子受光激发电子传递链原初电子受体 质体醌 细胞色素b6 f复合物和质体蓝素到P700填充了P700的电子空穴电子传递时能量逐渐下降形成跨膜的质子梯度导致ATP的形成在光系统II中被激发后失去电子的P680分子如何再生 水裂解填补空穴氧气释放提供氢质子用以形成NADPH 光能传递和电子传递链 非环路的光合磷酸化途径和电子传递链 环路光合磷酸化环路高能电子原初电子受体 铁氧还蛋白 细胞色素 质体蓝素氧化型的P700分子基态电子的能量逐渐降低ATP 光反应小结 1 叶绿素吸收光能并将光能转化为电能 即造成从叶绿素分子起始的电子流动 2 在电子流动过程中 通过氢离子的化学渗透 形成了ATP 电能被转化为化学能 3 一些由叶绿素捕获的光能还被用于水的裂解 又称为水的光解 氧气从水中被释放出来 4 电子沿传递链最终达到最终电子受体NADP 同时一个来源于水的氢质子被结合 形成了还原型的NADPH 电能又再一次被转化为化学能 并储存于NADPH中 光合作用的暗反应依赖于光反应中形成的ATP和NADPH 7 5暗反应 卡尔文循环 与葡萄糖的形成 12NADPH 12H 18ATP 6CO2C6H12O6 12NADP 18ADP 18Pi 叶绿体基质中不断消耗ATP和NADPH 固定CO2形成葡萄糖的循环反应 Calvin循环 二磷酸甘油醛作为中间产物的代谢 有人幻想和设想 有朝一日 科学家将光合作用机理搞清楚 并将植物光合作用的全套基因转移到人的头发中 在头发中模拟光合作用的过程 那么 只要在人的头上撒点水 再晒晒太阳 在头发中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的过程 葡萄糖从头发中输送到人体的各部分 吃饭的历史使命便可宣告结束了 植物生长必须依赖于水 泥土 空气和阳光 在光合作用中 不是CO2而是H2O被光解放出了O2 光合自养生物主要包括植物 蓝细菌和其他光合细菌等 叶绿体双层膜内含有基质和类囊体 光合作用的色素 光系统和电子传递系统都位于类囊体膜上 光合膜是植物利用光能制造食物分子最重要的场所 叶绿素a是启动光反应的主要色素 其他色素主要起捕捉和转递光能的作用 叶绿素分子是可以被可见光激发的色素分子 在光子驱动下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应 光合作用分为光反应和暗反应两大部分 光反应发生在类囊体膜上 暗反应发生在叶绿体的基质中 类囊体膜上由叶绿素分子及其蛋白复合物 天线色素系统和电子受体等组成的单位称为光系统 光反应发生时 光系统I反应中心的P700被光能激发 将其高能电子传递给最终电子受体NADP 与来源于水的氢质子结合形成NADPH 同时光系统II反应中心P680分子受光激发 放出的高能电子由光系统II流向光系统I 这一过程中电子能量逐渐下降造成跨膜的质子梯度导致ATP的形成 光系统II中强氧化态的P680