生物专业英语lesson-2-photosynth

LessonTwoPhotosynthesis,WarmingupWordsandphrasesTextAnalysisSimpleexerciseFurtherreferences,Contents,人类对光合作用的科学研究至少已经进行了300多年，最近100年来与光合作用有关的研究已经获得了6次诺贝尔奖。时至今日，仍有许多问题需要探索。,Warmingup,MelvinCalvin,(1911-1997)NobelLaureate,chemistry,1961,ListentoaPhotosynthesisSongandrelax.,CO2H2OC(H2O)nO2,光能,叶绿体,光合作用的总反应式:,光合作用是植物和藻类利用自身的叶绿素将可见光转化为能量（包括光反应和暗反应）驱动二氧化碳和水转化为有机物并释放氧气的过程。它是生物界赖以生存的生化反应过程。,光合作用概图,类囊体,叶绿素a,H2O,1.第一阶段在叶绿体的哪一部位完成的?2.第一阶段必有的外界条件是什么?3.第一阶段原料有哪些?4.第一阶段包括哪些步骤？产物有哪些？,第一阶段,类囊体,叶绿素a,ADP+Pi,ATP,H2O,NADPH,NADP+,H+,第一阶段是吸收光能,光解水,释放O2并形成高能量的ATP和NADPH,即将光能转化为活跃的化学能。此过程在类囊体进行,同时需要光光反应,第一阶段,三碳化合物,CO2,多种酶参与,固定,五碳化合物,(CH2O)n,NADPH,ATP,第二阶段,1.第二阶段在叶绿体的哪一部位完成的?2.第二阶段必须有光吗?3.第二阶段原料有哪些?4.第二阶段包括哪些步骤？产物有哪些？,基质,三碳化合物,CO2,多种酶参与,固定,五碳化合物,(CH2O)n,NADPH,ATP,第二阶段,第二阶段利用光反应产生的ATP和NADPH,固定CO2,合成糖,以稳定的化学能储存在糖中（卡尔文循环）。此过程发生在叶绿体基质中，无光也能完成暗反应,基质,也可将光合过程分为3大步骤：1）原初反应：光能的吸收、传递和转换为电能；2）电子传递和光合磷酸化：电能转变为活跃的化学3）碳同化：活跃的化学能再转变为稳定的化学能。,碳同化的途径A)卡尔文循环（又叫C3途径）：是最基本、最普遍的，且只有该途径才可以生成碳水化合物.B)C4途径（又叫Hatch-Slack途径）C)景天酸代谢途径（CAM）.C4和CAM途径都是C3途径的辅助形式,只能起固定、运转、浓缩CO2的作用，单独不能形成淀粉等碳水化合物。,Glossary-aboutthephotosynthesisTheprocessofphotosynthesis-aboutlight-dependentreactions,light-independentreactions,chlorophyll,photorespirationetc.,Focusin,1.Absorptionspectrumbs:pnspektrm,n.吸收光谱，吸收谱,Thespectrumobtainedwhenradiation(light,ultravioletradiation,etc.)fromasourcegivingacontinuousspectrumispassedthroughasubstance.,Wordsandphrases,物质波谱及太阳光的光谱,6,叶绿素的吸收波谱,光与叶绿体的相互作用,2.Calvin-Bensoncycle,卡尔文-本森循环（又叫卡尔文循环、C3途径）,卡尔文循环,C3循环中反应物及产物的生成,C3途径反应过程：羧化、还原和再生A.羧化阶段：,RuBP,Rubisco(RuBP羧化酶),PGA（2分子）酸能量低，不能贮存更多的能量,B.还原阶段：,PGA,DPGA,GAP（3-磷酸甘油醛）,GAP是一种三碳糖，可以稳定的贮存能量，至此，消耗的光反应的ATP和NADPH，使光能转化为稳定的化学能，光合的贮能过程结束。,GAP的出路,叶绿体内,淀粉或葡萄糖（贮存形式）,细胞质,蔗糖（运输形式）,C.更新阶段：大部分GAP经一系列转化，重新形成RuBP的阶段。,C3途径的总反应式可写成：3CO2+5H2O+9ATP+6NADPHGAP+9ADP+8Pi+6NADP+3H+,3.carotenoid,n.类胡萝卜素,Light-sensitive,accessorypigmentsthattransferabsorbedenergytochlorophylls.Theyabsorbvioletandbluewave-lengthsbuttransmitred,orange,andyellow.,krtnid,辅助色素（accessorypigment）：叶绿体中的类胡萝卜素含有两种色素，即胡萝卜素（carotene）和叶黄素(lutein)。功能为吸收和传递光能，是对叶绿素捕获光能的补充。,连续双峰400-500nm,两个吸收峰430-450nm蓝紫光区640-660nm红光区,4.Chlorophyllkl:rfil,n.叶绿素,Thegreensubstanceofplantsbywhichphotosynthesisisaccomplished;itisusuallylocalizedinintracellularorganellescalledchloroplasts.,主要有叶绿素a（呈蓝绿色）和叶绿素b（呈黄绿色）,叶绿体中叶绿素的分布,5.Chloroplastkl(:)rpl:st,n.叶绿体,Aplastidinwhichphotosynthesisiscarriedout.Chloroplastsoccurinallphotosyntheticorganismsexceptphotosyntheticbacteriaandblue-greenalgae.,叶绿体的形态与分布,叶绿体的结构1双层膜：内膜为选择性屏障。2基质：CO2同化；淀粉形成3基粒：由类囊体垛叠而成的绿色颗粒。,6.photophosphorylation,n.光合磷酸化作用,ThesynthesisofATPfromphosphateandADPduringphotosynthesis,usinglightenergy.,futufsfrilein,叶绿体在光下把无机磷酸和ADP转化为ATP，形成高能磷酸键的过程。,光合磷酸化的方式,7.Cyclicphotophosphorylation,n.环形光合磷酸化作用,Cyclicphotophosphorylationiscoupledtocyclicelectronflow,inwhichATPistheonlyproduct.,futufsfrilein,环式光合磷酸化：从PS产生的电子，经过Fd和细胞色素b6/f等后，引起了ATP的形成，降低能位，又经PC回到原来的起点P700，形成闭合回路。,8.Noncyclicphotophosphorylation,n.非环形光合磷酸化作用,Noncyclicphotophosphorylationiscoupledtononcyclicelectronflow,theelectronsbeingusedtoreduceNADP+aswellastomakeATP.,非环式光合磷酸化：PS所产生的电子经过一系列的传递，在细胞色素复合体上引起ATP的形成，继而将电子传至PS，提高能位，最后用去还原NADP+。这样，电子经PS传出后不再返回。,9.C3plant,Aplantinwhichthelight-independentreactionsofphotosynthesisstartwithathree-carboncompound.MostplantsareC3plants.,n.三碳植物,MelvinCalvin,(1911-1997)NobelLaureate,chemistry,1961,C3循环,C3循环中反应物及产物的生成,10.C4plant,Aplantsuchascorninwhichthelight-independentreactionsofphotosynthesisstartwithafour-carboncompound.,n.四碳植物,CO2固定的最初产物为四碳化合物的途径。,具有C4途径的植物称为C4植物。只具有C3途径的植物称为C3植物。在农作物中，只有玉米、高粱、甘蔗、黍和粟属于C4植物。而其它的农作物，如水稻、小麦、大豆都属于C3植物，大多数树木等也属于C3植物。,C4途径需经过两种光合细胞，即在叶肉细胞的细胞质中，由PEPC催化羧化反应，形成C4二羧酸，C4二羧酸运至维管束鞘细胞脱羧，释放的CO2再由C3途径同化。,C4途径反应过程：羧化、转移脱羧和再生,A.羧化阶段：场所叶肉细胞质,PEPHCO3,PEP羧化酶,OAAHOPO32,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,最初CO2受体,最初产物不稳定，易转化,B.转移脱羧阶段：按脱羧酶分为三个类型.NADP苹果酸酶型：,OAA,苹果酸,丙酮酸,酶,CO2,叶肉细胞,维管束鞘细胞,.NAD苹果酸酶型：,OAA,天冬氨酸,丙酮酸,酶,CO2,叶肉细胞,维管束鞘细胞,C3途径,.PEP羧激酶型：,OAA,天冬氨酸,PEP,CO2,叶肉细胞,维管束鞘细胞,C.再生阶段：场所叶肉细胞,丙酮酸,PEP,ATP,AMP+2Pi,丙酮酸双激酶,AMP+ATP,2ADP,11.light-dependentreactions,n.光反应,Thefirststageinphotosynthesis,drivenbylightenergy.Electronsthattrapthesunsenergypasstheenergytohigh-energycarrierssuchasATPorNADPH,whereitisstoredinchemicalbonds.,12.light-independentreactions,n.暗反应,Thesecondstageofphotosynthesis,alsocalledtheCalvin-Bensoncycle,whichdoesnotrequirelight.Duringthesixstepsofthecycle,carbonisfixedandcarbohydratesareformed.,13.photon,n.光子,Aparticlethathaszeromassorchargeandunitspin,thequantumoftheelectromagneticfieldandcarrieroftheelectromagneticforce.,futn,原始称呼是光量子（lightquantum），其静止量为零，不带电荷，是电磁辐射的载体。当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发态。,14.photorespiration,n.光呼吸,Alight-dependenttypeofrespirationthatoccursinmostphotosynthesisplantsanddiffersfromnormal(ordark)respiration.,futu,resprein,光呼吸是与光合作用随伴发生的吸收O2和释放CO2的过程。整个途径要经过三种细胞器，即在叶绿体中合成乙醇酸，在过氧化体中氧化乙醇酸，在线粒体中释放CO2。由于光呼吸与光合作用两者的底物均起始于RuBP，且都受Rubisco催化，因此，两者的活性比率取决于CO2和O2的浓度比例。在O2和CO2并存的环境中，光呼吸是不可避免的。光呼吸释放的CO2可被光合再固定。,15.photosynthesis,n.光合作用,Thesynthesisoforganiccompoundsbyreductionofcarbondioxideusinglightenergyabsorbedbychlorophyll.,futusinsis,16.photosystem,n.光系统,Oneoftheclustersoflight-trappingpigmentsembeddedinphotosyntheticmembranes.PhotosystemIoperatesduringthecyclicpathway;photosystemIIoperatesduringboththecyclicandnoncyclicpathways.,futsistm,17.Ribulosebiphosphate(RuBP),n.核酮糖二磷酸,Acompoundwithabackbone(主链)offivecarbonatomsthatisrequiredforcarbonfixationintheCalvin-Bensoncycleofphotosynthesis.,18.thylakoid,n.类囊体,Oneofanumberofflattenedfluid-filledsacsthatformthephotosyntheticlamellarsystemofchloroplasts,photosyntheticbacteria,andblue-greenalgae.,ail,kid,Reviewtheformercontent：,1.Absorptionspectrumbs:pnspektrm,2.Calvin-Bensoncycle,3.carotenoid,4.Chlorophyllkl:rfil,5.Chloroplastkl(:)rpl:st,6.Cyclicphotophosphorylation,7.C3plant,8.C4plant,krtnid,9.light-dependentreactions,10.light-independentreactions,11.Noncyclicphotophosphorylation,12.photon,13.photophosphorylation,14.photorespiration,15.photosynthesis,16.photosystem,17.Ribulosebiphosphate(RuBP),18.thylakoid,futn,ail,kid,futusinsis.,futu,respirein.,Howlightenergyreachesphotosyntheticcells?Thelight-dependentreactions:ConvertingsolarenergyintochemicalbondenergyThelight-independentreactions:BuildingcarbohydratesOxygen:AninhibitorofphotosynthesisReprievefromphotorespiration:TheC4pathway,TextAnalysis,QuestionsplantsalsoderiveadditionalATPthroughcyclicphotophosphorylation,inwhichsomeelectronsareshuntedbackthroughtheelectrontransportchainbetweenphotosystemsIIandI.,电子通过光系统和光系统单线程传递的过程叫做非环形光合磷酸化。植物也可额外通过环形光合磷酸化产生ATP，在环形光合磷酸化的过程中，电子在光系统和光系统中来回传递。,非环式光合磷酸化：PS所产生的电子经过一系列的传递，在细胞色素复合体上引起ATP的形成，继而将电子传至PS，提高能位，最后用去还原NADP+。这样，电子经PS传出后不再返回。,环式光合磷酸化：从PS产生的电子，经过Fd和细胞色素b6/f等后，引起了ATP的形成，降低能位，又经PC回到原来的起点P700，形成闭合回路。,3.Thelight-independentreactions:Buildingcarbohydrates,Inthelight-independentreactionsofphotosynthesis,whicharedrivenbyATPandNADPH,CO2isconvertedtocarbohydrate.ThereactionsarealsoknownastheCalvin-Bensoncycle.,3.暗反应：产生碳水化合物ATP和NADPH驱动暗反应的发生。在暗反应中二氧化碳转化形成碳水化合物，这一反应又称为卡尔文本森循环。,卡尔文循环,C3循环中反应物及产物的生成,AtmosphericCO2isfixedasitreactswithribulosebiphosphate(RuBP),areactionthatiscatalyzedbytheenzymeribulosebiphosphatecarboxylase.,RuBP与二氧化碳气体发生反应将其固定，这一反应由RuBP羧化酶催化完成。,ThereductionofCO2tocarbohydrate(fructosediphosphate)iscompletedviaseveralmorestepsofthecycle.Finally,RuBPisregeneratedsothatthecyclemaycontinue.,CO2还原成碳水化合物还需要经卡尔文循环的几步反应才能完成。最终，RuBP再生，循环得以继续。,C3途径反应过程：羧化、还原和再生A.羧化阶段：,RuBP,Rubisco(RuBP羧化酶),PGA（2分子）酸能量低，不能贮存更多的能量,3磷酸甘油酸,B.还原阶段：,PGA,DPGA,GAP（3-磷酸甘油醛）,GAP是一种三碳糖，可以稳定的贮存能量，至此，消耗的光反应的ATP和NADPH，使光能转化为稳定的化学能，光合的贮能过程结束。,GAP的出路,叶绿体内,淀粉或葡萄糖（贮存形式）,细胞质,蔗糖（运输形式）,C.更新阶段：大部分GAP经一系列转化，重新形成RuBP的阶段。,C3途径的总反应式可写成：3CO2+5H2O+9ATP+6NADPHGAP+9ADP+8Pi+6NADP+3H+,卡尔文循环,C3循环中反应物及产物的生成,4.Oxygen:AninhibitorofPhotosynthesis,Highlevelsofoxygeninplantcellscandisruptphotosynthesisandcanalsocausephotorespiration-aninefficientformofthedarkreactionsinwhichO2isfixedratherthanCO2andnocarbohydrateisproduced.,4.O2：光合作用的抑制剂植物细胞中高水平的O2能阻断光合反应的发生并引发光呼吸。光呼吸是一种无效的暗反应，反应中O2而非CO2被固定，也没有碳水化合物的形成。,5.Reprievefromphotorespiration:TheC4pathway,MostplantsareC3plants:theyexperiencedecreasedcarbohydrateproductionunderhot,dryconditionsasaresultoftheeffectsofphotorespiration.,5.光呼吸暂缓进行：C4途径大多数植物属于C3植物，在炎热干旱的条件下会减少碳水化合物的形成，转而发生光呼吸。,AmongC4plants,however,specialleafanatomyanduniquebiochemicalpathwayenabletheplanttothriveinaridconditions.,而C4植物却由于其独特的叶片结构和生化途径而使植物在干旱的条件下也能绽放勃勃生机。,ThusC4plantlessenphotorespirationbycarryingoutphotosynthesisonlyincellsthatareinsulatedfromhighlevelsofCO2.Theyalsopossessanovelmechanismforcarbonfixation.,因此，C4植物能够通过隔离高水平的CO2而进行光合作用，减少光呼吸。C4植物拥有与众不同的碳同化过程。,具有C4途径的植物称为C4植物。只具有C3途径的植物称为C3植物。在农作物中，只有玉米、高粱、甘蔗、黍和粟属于C4植物。而其它的农作物，如水稻、小麦、大豆都属于C3植物，大多数树木等也属于C3植物。,C4途径需经过两种光合细胞，即在叶肉细胞的细胞质中，由PEPC催化羧化反应，形成C4二羧酸，C4二羧酸运至维管束鞘细胞脱羧，释放的CO2再由C3途径同化。,C4途径反应过程：羧化、转移脱羧和再生,A.羧化阶段：场所叶肉细胞质,PEPHCO3,PEP羧化酶,OAAHOPO32,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,最初CO2受体,最初产物不稳定，易转化,B.转移脱羧阶段：按脱羧酶分为三个类型.NADP苹果酸酶型：,OAA,苹果酸,丙酮酸,酶,CO2,叶肉细胞,维管束鞘细胞,.NAD苹果酸酶型：,OAA,天冬氨酸,丙酮酸,酶,CO2,叶肉细胞,维管束鞘细胞,C3途径,.PEP羧激酶型：,OAA,天冬氨酸,PEP,CO2,叶肉细胞,维管束鞘细胞,C.再生阶段：场所叶肉细胞,丙酮酸,PEP,ATP,AMP+2Pi,丙酮酸双激酶,AMP+ATP,2ADP,景天酸代谢(简称CAM)是植物光合作用中固定CO2的一种特殊方式,特点就是夜间气孔开放白天气孔关闭。如仙人掌科、景天科、大戟科、番杏科、百合科。C4途径和CAM途径固定CO2的酶都是PEP羧化酶.,Exercise,Matcheachtermontheleftwiththemostappropriatedescriptionontheright,a.Surroundsalumenb.Principalpigmentc.light-independentreactionsd.ElectronacceptorforCO2e.Moistclimatesf.Lightoptionalg.Wateroxidizedh.WaveandparticleI.Greenhouseeffectj.Aspecificsitek.Bananashapel.Inefficientdarkreactionm.Dryclimatesn.absorbso.Moststable,1.C3plant2.pigment3.Lightreactions4.thylakoid5.Groundstate6.Reactioncenter7.photorespiration8.RuBP9.Calvin-bensoncycle10.C4plant11.photon12.chlorophyll13.chloroplast14.Carboncycle15.light-independentreactions,Multiplechoise:,1.Theprocessofphotosynthesiscanbeconsideredasaseriesofreactionsinwhichlightenergyfromthesunis_.A.transformedintochemicalenergyB.nottransformedintheplantC.transformedintokineticenergyD.transformedintopotentialenergyE.transformedbyelectronsintoelectricenergy,2.Inthefirststageofphotosynthesiswateris_.A.oxidizedB.phosphorylatedC.reducedD.heatedE.noneoftheabove,3.InthecourseofphotosynthesisglucosemoleculesareformedfromCO2andH2O.Thisprocess_.A.isexergonicB.isendergonicC.requiresnoenergyD.liberatesenergytotheatmosphereE.isnoneoftheabove,4.Thesplittingofwatermoleculesduringphotosynthesis_.A.occursindependentlyoflightB.isknownastheCalvin-BensoncycleC.ta