叶绿体和叶绿体色素课件

第二节叶绿体和叶绿体色素

一、叶绿体(choroplast)的结构及成分

叶绿体膜

基质

基粒嗜锇滴

成分：水、蛋白质、色素、脂类等二、光合色素第二节叶绿体和叶绿体色素一、叶绿体(choroplas1一、叶绿体的基本结构叶绿体叶绿体膜基质(间质)类囊体(片层)一、叶绿体的基本结构叶绿体叶绿体膜基质(间质)类囊体(片层2叶绿体和叶绿体色素课件3叶绿体和叶绿体色素课件41.叶绿体膜由两层单位膜组成，两膜间距5～10nm。被膜上无叶绿素，主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。膜对物质的透性受膜成分和结构的影响。膜中蛋白质含量高，物质透膜的受控程度大。外膜

磷脂和蛋白的比值是3.0(w/w)。密度小(1.08g/ml)，非选择性膜。分子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐等能自由通过。内膜

磷脂和蛋白的比值是0.8（w/w）密度大(1.13g/ml),选择透性膜。CO2、O2、H2O可自由通过；Pi、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器才能通过；蔗糖、C5、C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物质则不能通过。1.叶绿体膜由两层单位膜组成，两膜间距5～10nm。被膜上无52.基质及内含物基质：被膜以内的基础物质。以水为主体，内含多种离子、低分子有机物，以及多种可溶性蛋白质等。基质中能进行多种多样复杂的生化反应。含有还原CO2(Rubisco1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶)与合成淀粉的全部酶系——碳同化场所。含有氨基酸、蛋白质、DNA、RNA、还原亚硝酸盐和硫酸盐的酶类以及参与这些反应的底物与产物——N代谢场所。脂类(糖脂、磷脂、硫脂)、四吡咯(叶绿素类、细胞色素类)和萜类(类胡萝卜素、叶醇)等物质及其合成和降解的酶类——脂、色素等代谢场所。基质是淀粉和脂类等物的贮藏库。2.基质及内含物基质：被膜以内的基础物质。以水为主体，内含多6

3.类囊体

类囊体分为二类：基质类囊体

又称基质片层，伸展在基质中彼此不重叠；基粒类囊体或称基粒片层，可自身或与基质类囊体重叠，组成基粒。堆叠区片层与片层互相接触的部分，非堆叠区

片层与片层非互相接触的部分。由单层膜围起的扁平小囊。膜厚度5～7nm，囊腔空间为10nm左右，片层伸展的方向为叶绿体的长轴方向1.膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集,更有效地收集光能。2.膜系统常是酶排列的支架，膜的堆叠易构成代谢的连接带，使代谢高效地进行。类囊体片层堆叠成基粒是高等植物细胞所特有的膜结构,它有利于光合作用的进行。类囊体片层堆叠的生理意义玉米3.类囊体类囊体分为二类：由单层膜围起的扁平小囊。7叶绿体和叶绿体色素课件84.类囊体膜上的蛋白复合体蛋白复合体：由多种亚基、多种成分组成的复合体。主要有四类：即光系统Ⅰ（PSI）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、Cytb６/f复合体和ATP酶复合体（ATPase）。类囊体膜的蛋白质复合体参与了光能吸收、传递与转化、电子传递、H+输送以及ATP合成等反应。由于光合作用的光反应是在类囊体膜上进行的，所以称类囊体膜为光合膜。4.类囊体膜上的蛋白复合体蛋白复合体：由多种亚基、多种成分组9光+CO2O2+CH2O低渗光+Fe3+O2Hill反应离心光合膜基质完整叶绿体破损叶绿体光+Fe3+O2CO2CH2O证实叶绿体中CO2同化和光合放氧反应部位的实验问题：如何证明CO2同化场所是在叶绿体的基质，而光合放氧反应是在叶绿体的膜上进行？光+CO2O2+CH2O低渗光+Fe3+O2Hill反应离心10二、光合色素在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素叶绿素类胡萝卜素藻胆素——高等植物藻类图主要光合色素的结构式共同特点：分子内具有许多共轭双键（激发态分子能共振），能捕获光能，捕获光能能在分子间传递。二、光合色素在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素叶绿11(一)光合色素的结构和性质叶绿素是双羧酸的酯，一个羧基被甲醇所酯化，另一个羧基被叶绿醇所酯化。叶绿素a与b的不同之处是叶绿素a比b多两个氢少一个氧。两者结构上的差别仅在于叶绿素a的第Ⅱ吡咯环上一个甲基(－CH3)被醛基(－CHO)所取代。叶绿素结构含有由中心原子Mg连接四个吡咯环的卟啉环结构和一个使分子具有疏水性的长碳氢链。1.叶绿素使植物呈现绿色的色素。叶绿素a叶绿素b叶绿素c叶绿素d高等植物藻类中细菌叶绿素——叶绿素光合细菌(一)光合色素的结构和性质叶绿素是双羧酸的酯，一个羧基被甲醇12叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇(植醇)的“尾巴”。卟啉环由四个吡咯环与四个甲烯基(－CH＝)连接而成。卟啉环的中央络合着一个镁原子，镁偏向带正电荷，与其相联的氮原子带负电荷，因而“头部”有极性。另外还有一个含羰基的同素环（Ⅴ环上含相同元素），其上一个羧基以酯键与甲醇相结合。环Ⅵ上有一个丙酸侧链以酯键与叶绿醇相结合，叶绿醇是由四个异戊二烯单位所组成的双萜，具有亲脂性，使色素分子固定在类囊体膜上。卟啉环上的共轭双键和中央镁原子容易被光激发而引起电子的得失，这决定了叶绿素具有特殊的光化学性质。功能：P61叶绿醇叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇(植醇)的“尾13叶绿素是一种酯，因此不溶于水。通常用含有少量水的有机溶剂如80％的丙酮，或者95%乙醇，或丙酮∶乙醇∶水＝4.5∶4.5∶1的混合液来提取叶片中的叶绿素，用于测定叶绿素含量。之所以要用含有水的有机溶剂提取叶绿素，这是因为叶绿素与蛋白质结合牢，需要经过水解作用才能被提取出来。叶绿素的提取研磨法提取光合色素提取方法研磨法浸提法0.1g叶+10ml混合液浸提叶绿素是一种酯，因此不溶于水。通常用含有少量水的有机溶剂如8142.类胡萝卜素(carotenoid)

是由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键，分子的两端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环，类胡萝卜素包括胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)两种。3(紫罗兰酮环)环己烯橙黄色黄色2.类胡萝卜素(carotenoid)是由8个异戊二烯形成15

胡萝卜素(carotene)呈橙黄色，有α、β、γ三种同分异构体，其中以β-胡萝卜素在植物体内含量最多。β-胡萝卜素在动物体内经水解转变为维生素A。叶黄素(xanthophyll)呈黄色，是由胡萝卜素衍生的醇类，也叫胡萝卜醇,通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1。一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1，所以正常的叶子总呈现绿色。秋天或在不良的环境中，叶片中的叶绿素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。类胡萝卜素总是和叶绿素一起存在于高等植物的叶绿体中，此外也存在于果实、花冠、花粉、柱头等器官的有色体中。类胡萝卜素都不溶于水,而溶于有机溶剂。深秋树叶变黄是叶中叶绿素降解的缘故胡萝卜素(carotene)呈橙黄色，有α、β、γ三种同分16植物在进行光合作用时，其光合色素对光能的吸收和利用起着重要的作用，

1、辐射能量：光子的能量与波长成反比，与频率成正比。

E=Lhv=Lhc/λL：阿伏加德罗常数（6.02×1023mol-1），h：为普朗克（Planck）常量（6.626×10-34J•s），v：是辐射频率（s-1），c：是光速（2.9979×108ms-1），λ：是波长（nm）二、光合色素的光学特性植物在进行光合作用时，其光合色素对光能的吸收和利用起17叶绿体和叶绿体色素课件182、叶绿素吸收光谱和吸收峰2、叶绿素吸收光谱和吸收峰19吸收光谱的观察方法；1.分光仪

将叶绿体色素放在分光仪的光孔前，观察其色带变化。2.分光光度计观察叶绿体色素的吸收光谱分光仪光源叶绿体色素三角棱镜吸收光谱的观察方法；1.分光仪将叶绿体色素放在分光仪的光孔20AbsorptionspectraofmajorphotosyntheticpigmentsAbsorptionspectraofmajorph21bluered%oflightabsorbedbychlorophyllgreen叶绿素的吸收波谱bluered%oflightabsorbed22叶绿体和叶绿体色素课件23叶绿素的吸收峰：640～660nm，430～450nm；对绿光吸收最少。类胡萝卜素：最大吸收带在蓝紫光部分、而不吸收红光等。生理意义：说明光合色素可吸收光能。叶绿素的吸收峰：640～660nm，430～450nm；24叶绿素a在红光区的吸收峰比叶绿素b的高，蓝紫光区的吸收峰则比叶绿素b的低。叶绿素a在红光区吸收带偏向长波光，蓝紫光区的吸收带偏向短波光。阳生植物叶片的叶绿素a/b比值约为3∶1，阴生植物的叶绿素a/b比值约为2.3∶1。叶绿素a在红光区的吸收峰比叶绿素b的高，蓝紫光区的吸收峰则比253、荧光现象和磷光现象

a.荧光现象概念：荧光（fluorescence）：一些物质在受到激发光照射时，会产生比原激发波长较长的可见光。人们把这种光叫做荧光。这种现象叫做荧光现象。3、荧光现象和磷光现象a.荧光现象26叶绿体和叶绿体色素课件27叶绿体和叶绿体色素课件28叶绿素溶液经日光等复合光照射时，其透射光呈绿色，反射光呈红色。叶绿素溶液反射光为红色的现象即为叶绿素的荧光现象。产生原因：其本质是叶绿素分子受光激发后所形成的不稳定激发态第一单线态回到基态时发出红光。激发态，基态，分子内部振动叶绿素溶液经日光等复合光照射时，其透射光呈绿色，反射光呈红色29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。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30热nm吸收430nm吸收670荧光磷光热第二单线态，~252KJ第一单线态，~168KJ三线态，~126KJE2E1E0能量叶绿素被光激发后的能量转变热能热nm吸收430nm吸收670荧光磷光热第二单线态，~25231第一三线态热能第一三线态热能32由于叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗在分子内部的振动上和放热，且荧光又总是从第一单线态的最低振动能级辐射的，辐射出的光能必定低于吸收的光能，因此叶绿素的荧光的波长总要比被吸收的波长长些。对提取的叶绿体色素浓溶液照光，在与入射光垂直的方向上可观察到呈暗红色的荧光。离体色素溶液为什么易发荧光，这是因为溶液中缺少能量受体或电子受体的缘故。

由于叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗在分子内部的振动上和放热33在色素溶液中，如加入某种受体分子，能使荧光消失，这种受体分子就称为荧光猝灭剂，常用Q表示，在光合作用的光反应中，Q即为电子受体。色素发射荧光的能量与用于光合作用的能量是相互竞争的，这就是叶绿素荧光常常被认作光合作用无效指标的依据。在色素溶液中，如加入某