光合作用讲稿

1、光合作用光合作用(photosynthesis)(photosynthesis)coco+2h+2ha a 光光 光养生物光养生物 (ch(cho)+2a+ho)+2a+ho o (4) (4) h h2 2a a代表一种还原剂，可以是代表一种还原剂，可以是h ho o、 h h2 2s s、有机酸等。、有机酸等。coco+2h+2ho o* * 光光 绿色植物绿色植物(ch(cho)+ oo)+ o2 2* *+ h+ ho o (2)(2)coco+ h+ ho o 光光 绿色植物绿色植物 (ch(cho)o)o o (1)(1)利用光能把利用光能把coco和水和水合成有机物合成有机物，同

2、时，同时释放氧气的释放氧气的过程过程。利用光能把利用光能把coco合成有机物的过程合成有机物的过程。coco+2h+2hs s 光光 光合硫细菌光合硫细菌(ch(cho)+2s+ho)+2s+ho o (3)(3) 利用光能利用光能，以某些无机物或有机物作供氢体，以某些无机物或有机物作供氢体，把把coco合成有机物的过程合成有机物的过程。比较绿色植物和光合细菌的光合方程式，得出光合作用的通式比较绿色植物和光合细菌的光合方程式，得出光合作用的通式：二、二、 光合色素光合色素1 1、 光合色素的种类光合色素的种类 光合色素光合色素：指植物体内含有的具有吸收光能并指植物体内含有的具有吸收光能并将其用

3、于光合作用的色素将其用于光合作用的色素。 叶绿素：叶绿素：主要有叶绿素主要有叶绿素a a（呈蓝绿色）和叶绿（呈蓝绿色）和叶绿 素素b b（呈黄绿色）（呈黄绿色） 类胡萝卜素：类胡萝卜素：主要有胡萝卜素（多为主要有胡萝卜素（多为-型，型， 呈橙黄色）和叶黄素（黄色）呈橙黄色）和叶黄素（黄色） 藻胆素：蓝藻、红藻等藻类进行光合作用的藻胆素：蓝藻、红藻等藻类进行光合作用的 主要色素，常与蛋白质结合为主要色素，常与蛋白质结合为藻胆蛋白藻胆蛋白。 2 2 、光合色素的含量及分布、光合色素的含量及分布叶肉细胞中色素含量叶肉细胞中色素含量 叶绿素叶绿素和和类胡萝卜素类胡萝卜素的分子比例的分子比例 约为约为3

4、:13:1 chlachla与与chlbchlb的分子比例也约为的分子比例也约为3:13:1 叶黄素叶黄素与与胡萝卜素胡萝卜素约为约为2:12:1 叶绿体中的分布叶绿体中的分布 光合色素都包埋在光合色素都包埋在类囊体膜类囊体膜中，以中，以非共价键与非共价键与蛋白质蛋白质结合在一起。各色结合在一起。各色素分子间的距离和取向较固定，使得素分子间的距离和取向较固定，使得能量传递或电子传递可有效地进行能量传递或电子传递可有效地进行。 光合色素吸收光的实质：色素分子中的一个光合色素吸收光的实质：色素分子中的一个电子得到光子中的能量，从基态进入激发态，电子得到光子中的能量，从基态进入激发态，成为高能电子。

5、成为高能电子。激发态的叶绿素分子在能级降低时以热的形式释放能量激发态的叶绿素分子在能级降低时以热的形式释放能量。如叶绿素分子从第一单线态降至基态或三线态，以及从三如叶绿素分子从第一单线态降至基态或三线态，以及从三线态回至基态时的放热：线态回至基态时的放热：放热放热3. 荧光现象荧光现象v叶绿素溶液在透射光下呈绿色，反射光下呈叶绿素溶液在透射光下呈绿色，反射光下呈红色，这种现象称为荧光现象。红色，这种现象称为荧光现象。v本质：从第一单线态到基态所发射的光本质：从第一单线态到基态所发射的光4. 磷光现象磷光现象v除去光源后，叶绿素还能继续辐射出及微弱除去光源后，叶绿素还能继续辐射出及微弱的红光，称

6、为的红光，称为磷光磷光。v本质本质：三线态回到基态时所产生的光，寿命：三线态回到基态时所产生的光，寿命（10-2s）比荧光要长（）比荧光要长（10-8-10-9s） 光合作用的实质是将光合作用的实质是将光能转变成化学能。光能转变成化学能。 光合作用机理光合作用机理（一）光能的吸收（光能（一）光能的吸收（光能 电能）电能）（1）原初反应）原初反应 概念：光合作用的第一步，包括光能的吸收、概念：光合作用的第一步，包括光能的吸收、传递与转化为电能的过程。传递与转化为电能的过程。 包括：包括： 光物理光物理光能的吸收、传递光能的吸收、传递 光化学光化学有电子得失有电子得失 ？原初反应特点原初反应特点

7、1. 速度非常快，速度非常快，可在皮秒可在皮秒(ps，1012s)与纳秒与纳秒(ns，109s)内完成；内完成； 2. 与温度无关与温度无关，可在，可在196(77k，液氮温度，液氮温度)或或271(2k，液氦温度，液氦温度)下进行；下进行； 3. 能量传递效率高，能量传递效率高，由于速度快，散失的能量少，所由于速度快，散失的能量少，所以其以其量子效率接近量子效率接近1 。反应中心色素：反应中心色素：少数特殊状态的叶绿少数特殊状态的叶绿素素a分子，它具有光化学活性，是光能的分子，它具有光化学活性，是光能的“捕捉器捕捉器”、“转换转换器器”。 聚光色素（天线色素）：聚光色素（天线色素）：没有光化

8、学没有光化学活性，只有活性，只有收集收集光能的作用，包括大部光能的作用，包括大部分叶绿素分叶绿素a分子和全部叶绿素分子和全部叶绿素b分子、胡分子、胡萝卜素、叶黄素。萝卜素、叶黄素。概念概念- 原初电子供体：原初电子供体：d 最终电子供体：水最终电子供体：水 原初电子受体：原初电子受体：a 最终电子受体：最终电子受体：nadp 反应中心色素分子：反应中心色素分子：p(2)(2) 光系统光系统(photosystem)a a：光系统：光系统(ps)(ps) 作用中心色素为作用中心色素为p p700700，p p700700被激发后，把电子被激发后，把电子供给供给fdfd( (铁氧还蛋白铁氧还蛋白)

9、 )。b: b: 光系统光系统 (ps(ps) ) 作用中心色素为作用中心色素为p p680680，p p680680被激发后，把电子被激发后，把电子供给供给pheopheo（去镁叶绿素），并水裂解放氧。（去镁叶绿素），并水裂解放氧。( (二二) )光合电子传递链光合电子传递链v指定位在类囊体膜上的，由多个电子传递体指定位在类囊体膜上的，由多个电子传递体组成的电子传递的总轨道。组成的电子传递的总轨道。v现在较为公认的是由希尔现在较为公认的是由希尔(1960)等人提出并等人提出并经后人修正与补充的经后人修正与补充的“z”方案，即电子传递方案，即电子传递是在两个光系统串联配合下完成的，电子传是在两

10、个光系统串联配合下完成的，电子传递体按氧化还原电位高低排列，使电子传递递体按氧化还原电位高低排列，使电子传递链呈侧写的链呈侧写的“z”形。形。1. ps水的氧化与放氧水的氧化与放氧. .质醌质醌 质体醌是双电子、双质子传递体质体醌是双电子、双质子传递体.cytb.cytbf f复合体复合体质蓝素质蓝素psps复合体复合体铁氧还蛋白和铁氧还蛋白铁氧还蛋白和铁氧还蛋白-nadp-nadp还原酶还原酶2. 质体醌质体醌 pheo把电子传给一种特殊的质体醌把电子传给一种特殊的质体醌qa, qa进一步被还原成进一步被还原成qb，与基质的质子结合，与基质的质子结合，形成还原质体醌形成还原质体醌pqh2。当

11、当pqh2转变为转变为pq时。时。质子会被释放到类囊体腔内，有利于质子会被释放到类囊体腔内，有利于atp的的形成。形成。3. cytb6f复合体：复合体： 由由cytf，cytb6，fe-s(铁硫中心铁硫中心)组成复合体。组成复合体。4. 质体蓝素（质体蓝素（pc）：含铜蛋白质）：含铜蛋白质.cytb.cytbf f复合体复合体质蓝素质蓝素pq穿梭（循环）穿梭（循环） cytb6f可能不把电子传给可能不把电子传给pc，而传给，而传给pq，pq又从基质中接受质子，成为又从基质中接受质子，成为pqh2。psps复合体复合体铁氧还蛋白和铁氧还蛋白铁氧还蛋白和铁氧还蛋白-nadp-nadp还原酶还原酶

12、5. psi： 作用中心：作用中心：p700 组成组成 原初电子供体：原初电子供体：pc（质体蓝素）（质体蓝素） 原初电子受体：原初电子受体：fd（铁氧还蛋白）（铁氧还蛋白） fd负责将电子供给负责将电子供给nadp+，生成，生成nadph（三）光合磷酸化（三）光合磷酸化v叶绿体在光下发生的由叶绿体在光下发生的由adp与与pi合成合成atp的的反应称为光合磷酸化。反应称为光合磷酸化。v分为两种方式：非循环光合磷酸化和循环光分为两种方式：非循环光合磷酸化和循环光合磷酸化合磷酸化1 1）非循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化： psps所产生的电子经过一系列的传递，在所产生的电子经过一系列的传递，在

13、细胞色素复合体细胞色素复合体上引起上引起atpatp的形成的形成，继而将电子，继而将电子传至传至psps，提高能位，最后用去还原，提高能位，最后用去还原nadpnadp+ +。这。这样，电子经样，电子经psps传出后不再返回。传出后不再返回。2 2）循环式光合磷酸化：循环式光合磷酸化： 从从psps产生的电子，经过产生的电子，经过fdfd和和cytbcytb6 6等后，引起了等后，引起了atpatp的形成的形成，降低能位，又经，降低能位，又经pcpc回到原来的起点回到原来的起点p p700700，形，形成闭合回路。伴随形成腔内外成闭合回路。伴随形成腔内外h h+ +浓度差，引起浓度差，引起at

14、patp的形的形成，不放氧，无成，不放氧，无nadpnadp+ +还原反应。还原反应。光合磷酸化的机理光合磷酸化的机理 -p.mitchel的化学渗透学说的化学渗透学说 光合电子传递所产生的膜内外电位差和质子光合电子传递所产生的膜内外电位差和质子浓度差即为光合磷酸化的动力。浓度差即为光合磷酸化的动力。h+有沿着浓度梯有沿着浓度梯度返回膜外的趋势，当度返回膜外的趋势，当h+通过通过atp合酶合酶返回膜外返回膜外时，时， atp合酶催化合酶催化下，下，adppiatp。 atp和和nadph在暗反应中同化在暗反应中同化co2。化学渗透学说化学渗透学说 a a）光反应靠光发动，它包括光反应靠光发动，

15、它包括原初反应原初反应、电子传递电子传递和光合磷酸化和光合磷酸化等步骤。等步骤。b b）经原初反应，完成对经原初反应，完成对光能的吸收、传递光能的吸收、传递，并将，并将之之转化转化为电能。为电能。c c）电子传递和光合磷酸化通过两个光系统的一系电子传递和光合磷酸化通过两个光系统的一系列光化学反应，把水光解成质子列光化学反应，把水光解成质子(h(h+ +) )和电子，和电子，同时放出同时放出氧氧，质子，质子h h+ +与细胞中与细胞中nadpnadp+ +结合形成结合形成nadphnadph；同时，在电子传递过程中，其携带的；同时，在电子传递过程中，其携带的能量使细胞中的能量使细胞中的adpad

16、p与无机磷酸结合形成与无机磷酸结合形成atpatp。d d）有了有了atpatp和和nadphnadph，叶绿体便可在暗反应中同化，叶绿体便可在暗反应中同化二氧化碳，形成碳水化合物等有机物。故又二氧化碳，形成碳水化合物等有机物。故又将将atpatp和和nadphnadph称为称为“质子动力质子动力”。附：光反应小结附：光反应小结光反应小结光反应小结（四）碳同化（四）碳同化1. 碳同化的概念碳同化的概念co2同化成同化成糖类糖类的过程的过程 。2. 碳同化的途径碳同化的途径 （又叫（又叫c3途径）：是最基本、途径）：是最基本、最普遍的，且只有该途径才可以生成糖类最普遍的，且只有该途径才可以生成糖

17、类. （又叫（又叫hatch-slack途径）途径） （cam）. c4和和cam途径途径都是都是c3途径途径的辅助形的辅助形式式,只能起只能起固定固定、运转运转、浓缩浓缩co2的作用，的作用，单独不能形成淀粉等糖类单独不能形成淀粉等糖类。 a)ca)c途径的反应过程途径的反应过程c c途径是光合碳代谢中最基途径是光合碳代谢中最基本的循环，是所有放氧光合本的循环，是所有放氧光合生物所共有的同化生物所共有的同化coco2 2的途的途径。径。 1.1.过程过程 整个循环如图所示，由整个循环如图所示，由rubprubp开始至开始至rubprubp再生结束，共有再生结束，共有1414步反应，均在叶绿体

18、的基步反应，均在叶绿体的基质中进行。质中进行。 全过程分为全过程分为羧化、还原、再羧化、还原、再生生3 3个阶段。个阶段。一一分子分子co2固定需要消耗固定需要消耗2分子分子nadph和和3分子分子atp(1)(1) 羧化阶段羧化阶段指进入叶绿体的指进入叶绿体的coco2 2与与rubprubp( (核酮糖核酮糖-1-1，5-5-二磷酸二磷酸) )结结合，在合，在rubprubp羧化酶羧化酶作用下水解产生作用下水解产生pgapga（3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸）的反应过程。的反应过程。 固定固定1 1分子分子co2co2为例，生成两分子为例，生成两分子pgapga。 (2)(2)还原阶段还原阶

19、段 指利用同化力将指利用同化力将3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(pga)(pga)还原为还原为3-3-磷酸磷酸- -甘油醛甘油醛(g3p)(g3p)的反应过程的反应过程 固定固定1 1分子分子coco2 2为例，消耗为例，消耗2 2分子分子atpatp，2 2分子分子nadphnadph(3)再生阶段 指由指由3-3-磷酸磷酸- -甘油醛重新形成核酮糖甘油醛重新形成核酮糖-1,-5-1,-5-二磷酸的过程二磷酸的过程5gap+3atp+2h5gap+3atp+2h2 2o3rubp+3adp+2pi+3ho3rubp+3adp+2pi+3h+ + 这里包括形成磷酸化的这里包括形成磷酸化的3,4,

20、5,63,4,5,6和和7 7碳糖的一系列反应。最碳糖的一系列反应。最后由核酮糖后由核酮糖-5-5-磷酸激酶磷酸激酶(ru5pk)(ru5pk)催化，消耗催化，消耗1 1分子分子atpatp，再，再形成形成rubprubp。 3co2+3h2o+3rubp+9atp+6nadph pgald +6nadp+9adp+9pi3co3co2 2+3h+3h2 2o+3rubp+9atp+6nadphg3p+9adp+9pi+6nadpo+3rubp+9atp+6nadphg3p+9adp+9pi+6nadp+ +再叶绿体内合成淀粉叶绿体内合成淀粉细胞质内合成蔗糖细胞质内合成蔗糖叶绿体内变为叶绿体内

21、变为rubp每同化一个每同化一个co2需要消耗需要消耗3个个atp和和2个个nadph，还原，还原3个个co2可输出可输出1个磷酸丙糖个磷酸丙糖(g3p)c c4 4植物植物高梁甘蔗 粟(millet)的穗形, “谷子”，去皮后称“小米”苋菜玉米紧密的维管束鞘四周被大的维管束鞘细胞环绕包围。在这类作物中大的叶紧密的维管束鞘四周被大的维管束鞘细胞环绕包围。在这类作物中大的叶绿体分布在维管束鞘细胞的外围，维管束细胞被叶肉细胞包围。绿体分布在维管束鞘细胞的外围，维管束细胞被叶肉细胞包围。 b) b) c c4 4途径的反应过程途径的反应过程c4植物叶的结构以及 c4 植物光合碳代谢的基本反应 c c

22、途径的意义途径的意义 在高温、强光、干旱和低在高温、强光、干旱和低coco2 2条件下，条件下，c c植物显示出高的光植物显示出高的光合效率。合效率。 c c4 4植物具较高光合速率的因素有：植物具较高光合速率的因素有： 1)1)c c4 4植物的叶肉细胞中的植物的叶肉细胞中的pepcpepc对底物对底物hcohco3 3的亲和力极高，细的亲和力极高，细胞中的胞中的hcohco3 3浓度一般不成为浓度一般不成为pepcpepc固定固定coco2 2的限制因素；的限制因素； 2)2)c c4 4植物由于有植物由于有“coco2 2泵泵”浓缩浓缩coco2 2的机制，使得的机制，使得bscbsc中

23、有高浓度中有高浓度的的coco2 2，从而促进，从而促进rubiscorubisco的羧化反应，降低了光呼吸，且光的羧化反应，降低了光呼吸，且光呼吸释放的呼吸释放的coco2 2又易被再固定；又易被再固定； 3)3)高光强又可推动电子传递与光合磷酸化，产生更多的同化力，高光强又可推动电子传递与光合磷酸化，产生更多的同化力，以满足以满足c c4 4植物植物pcapca循环对循环对atpatp的额外需求；的额外需求； 4)4)鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。物累积对光合作用可能产生的抑制作用

24、。 但是但是c c4 4植物同化植物同化coco2 2消耗的能量比消耗的能量比c c植物多，也可以说这个植物多，也可以说这个“coco2 2泵泵”是要由是要由atpatp来开动的，故在光强及温度较低的情况来开动的，故在光强及温度较低的情况下，其光合效率还低于下，其光合效率还低于c c植物。可见植物。可见c c4 4途径是植物光合碳同途径是植物光合碳同化对热带环境的一种适应方式。化对热带环境的一种适应方式。1 1、特点：、特点：（1 1）晚上：气孔开放，吸收）晚上：气孔开放，吸收coco2 2，与，与peppep结合生成草酰乙酸，然后生成结合生成草酰乙酸，然后生成mama存于液泡之中。存于液泡之

25、中。（2 2）白天：气孔关闭，）白天：气孔关闭，mama从液泡运到叶绿体，脱羧放出从液泡运到叶绿体，脱羧放出coco2 2，参与卡尔，参与卡尔文循环同时磷酸丙糖可经糖酵解途径生成文循环同时磷酸丙糖可经糖酵解途径生成peppep备用。备用。2 2、camcam途径：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的代谢类型称为景天科酸代谢，简称量升高，这种有机酸合成日变化的代谢类型称为景天科酸代谢，简称camcam，这种光合作用途径叫做，这种光合作用途径叫做camcam途径。途径。图图8.12 景

26、天科酸代谢途径（景天科酸代谢途径（cam）。光合反应吸收的）。光合反应吸收的co2暂时的分离：夜间暂时的分离：夜间co2的吸收和固的吸收和固定，白天内部释放的定，白天内部释放的co2进行脱酸和再固定。进行脱酸和再固定。 camcam最早是在景天科植物中发现的，目前已知在近最早是在景天科植物中发现的，目前已知在近3030个科，一个科，一万多个种的植物中有万多个种的植物中有camcam途径，途径，主要分布在景天科、仙人掌科、主要分布在景天科、仙人掌科、兰科、凤梨科、大戟科、番杏科、百合科、石蒜科等植物中。兰科、凤梨科、大戟科、番杏科、百合科、石蒜科等植物中。其中凤梨科植物达其中凤梨科植物达1 1千

27、种以上，兰科植物达数千种，此外还有千种以上，兰科植物达数千种，此外还有一些裸子植物和蕨类植物。一些裸子植物和蕨类植物。 camcam植物起源于热带，往往分布于干旱的环境中，多为肉质植植物起源于热带，往往分布于干旱的环境中，多为肉质植物，具有大的薄壁细胞，内有叶绿体和液泡，然而肉质植物物，具有大的薄壁细胞，内有叶绿体和液泡，然而肉质植物不一定都是不一定都是camcam植物。植物。 常见的常见的camcam植物有菠萝、剑麻、兰花、百合、仙人掌、芦荟、植物有菠萝、剑麻、兰花、百合、仙人掌、芦荟、瓦松等。瓦松等。光合作用的产物光合作用的产物（一）叶绿体中淀粉的合成：（一）叶绿体中淀粉的合成： 叶绿体是

28、淀粉合成的主要部位，光合产物先后形成果叶绿体是淀粉合成的主要部位，光合产物先后形成果糖糖-1，6-二磷酸、果糖二磷酸、果糖-6-磷酸、葡萄糖磷酸、葡萄糖-6-磷酸、葡萄糖磷酸、葡萄糖-1-磷酸等，最后合成淀粉。磷酸等，最后合成淀粉。（二）胞质溶胶中蔗糖的合成（二）胞质溶胶中蔗糖的合成 蔗糖在胞质溶胶中合成，磷酸转运器负责将磷酸丙糖蔗糖在胞质溶胶中合成，磷酸转运器负责将磷酸丙糖运出叶绿体，然后转化生成葡萄糖和果糖，最后合成蔗糖。运出叶绿体，然后转化生成葡萄糖和果糖，最后合成蔗糖。结论：光合速率快时：形成蔗糖较多结论：光合速率快时：形成蔗糖较多 光合速率慢时：主要形成淀粉光合速率慢时：主要形成淀粉

29、五、光呼吸五、光呼吸 1 1、光呼吸的概念、光呼吸的概念 光呼吸是指植物的绿色细胞在光呼吸是指植物的绿色细胞在光照条光照条件件下进行的吸收下进行的吸收o o2 2并放出并放出coco2 2的过程。的过程。 2 2、光呼吸的生物化学、光呼吸的生物化学（1 1）光呼吸的本质就是）光呼吸的本质就是的生物合成和氧化的生物合成和氧化（2 2）乙醇酸途径中，）乙醇酸途径中，氧的吸收氧的吸收发生在发生在叶绿体和过叶绿体和过氧化物酶体氧化物酶体，coco2 2的释放的释放发生在发生在线粒体线粒体中。即乙中。即乙醇酸途径是醇酸途径是叶绿体叶绿体、过氧化物酶体过氧化物酶体和和线粒体线粒体三三种细胞器的协同活动下完成的。种细胞器的协同活动下完成的。（3 3）乙醇酸途径是循环的）乙醇酸途径是循环的, ,故又称为故又称为c c2 2循环循环3.3.光呼吸的意义光呼吸的意义在长期的进化历程中光