光合作用与生物固氮.ppt
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1、第二章 光合作用与生物固氮 第一节 光合作用,一、光合作用的细胞器叶绿体高等植物的叶绿体多呈扁平的椭圆形,直径约36,厚约23.阴叶大于阳叶。20200个叶绿体/细胞,叶绿体在不同光强下的运动:低光下扁平面向光排列,,高光强下窄面向光,作避光性排列。,弱光,强光,第一节 光合作用,电子显微镜下的叶绿体超微结构,1、叶绿体结构和发育,第一节 光合作用,叶绿体模拟图,第一节 光合作用,类囊体膜上光合作用复合体分布示意图,第一节 光合作用,第一节 光合作用,第一节 光合作用,叶绿体的发育,光,暗,光,原质体,前质体,第一节 光合作用,光合色素(三大类),叶绿素类(chlorophylls),Chla
2、,Chlb,Chlc,Chld,Chle和细菌叶绿素a,b等,类胡萝卜素类(carotenoids),胡萝卜素(carotene)叶黄素(xanthophyll),藻胆素:藻蓝素(phycocyanobilin)藻红素(phycoerythrobilin)。,2、光合色素及其光学性质,第一节 光合作用,叶绿素空间结构示意图,第一节 光合作用,(1)叶绿素吸收光谱,a,b,Chl吸收光区,红光区(640-660 nm),蓝紫光区(410-470nm)。,第一节 光合作用,类胡萝卜素吸收蓝紫光部分。,Waverlength(nm),Relative absorbtance,第一节 光合作用,第一节
3、 光合作用,(2)叶绿素合成与环境 a、光照 原叶绿素酸酯叶绿素酸酯,叶绿体发育。缺光黄化。b、温度 秋天黄叶,早春嫩芽。c、矿质营养。N、Mg成分Fe、Mn、Zn、Cu酶活化剂。,第一节 光合作用,二、光合作用的全过程 光能转化为电能原初反应光反应 电能转变为活跃的化学能(ATP、NADPH)电子传递和光合磷酸化暗反应:活跃的化学能变为稳定的化学能 碳同化。,第一节 光合作用,第一节 光合作用,1、光能转化为电能原初反应原初反应包括光能的吸收,传递和光化学反应。A、光能吸收,第一节 光合作用,光子能量:,光合色素能级差:,第二单线态(E2),第一单线态(E1),基态(E0),h,h,三线态,
4、吸收兰紫光,吸收红光,发射荧光,发射磷光,叶绿素电子云能级及激发和发射光示意图,激发能的传递或光化学反应,第一节 光合作用,P,D,A,h,h,光合单位,P,D,A,作用中心色素(P),原初电子供体(D)和原初电子受体(A),外围为天线色素,第一节 光合作用,B、光能传递:,第一节 光合作用,聚光色素或天线色素只起吸收和传递光能,不进行光化学反应的光合色素,全部Chlb和类胡萝卜素,大部分 Cha。作用中心色素吸收光或由集光色素传递而来的激发能后,发生光化学反应引起电荷分离的特殊状态的Cha.,第一节 光合作用,光能通过诱导共振在不同光合色素间的传递,能量逐步下降。,h,第一节 光合作用,C、
5、光化学反应:是指反应中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应。(P,pigment),(A,accepter)、(D,Donor)组成。,第一节 光合作用,P,D,A,h,h,光合单位,P,D,A,用中心色素(P),原初电子供体(D)和原初电子受体(A),外围为天线色素,第一节 光合作用,2、电能变为活跃的化学能(ATP和NADPH)电子传递与光合磷酸化。,第一节 光合作用,(1)电子传递光系统(PS)。PSI的作用中心色素是P700;原初电子供体(D)PC(;原初电子受体(A)A0 叶绿素;最终推动NADPH形成。,第一节 光合作用,PSI的结构模型,第一节 光合作用,PSI作用中心复合体电子
6、载体的排列图,光系统(PS)。PS的作用中心色素是P680。原初电子供体(D)Z(Tyr残基)原初电子受体(A)Pheo(去Mg叶绿素)PS的功能常与放O2相联系。,第一节 光合作用,PSII作用中心的结构模型,第一节 光合作用,第一节 光合作用,光合电子传递Z字方案图,h,h,第一节 光合作用,在“Z”链的起点,H2O是最终的电子供体;在“Z”链的终点,NADP+是电子的最终受体。在整个链只有两处(P680P680*,P700P700*)是逆氧化还原电位梯度,需光能推动的需能反应。,第一节 光合作用,水光解与氧释放。Hill(希尔)反应(1937)。离体叶绿体(类囊体)加到有适宜氢受体(A)
7、的水溶液中,照光后即有O2放出,并使氢受体(A)还原。,第一节 光合作用,特点:在光下放O2稳定,在暗适应后放O2波动。,闪光放氧动力学,第一节 光合作用,第3,7,11,15隔4次闪光出现一放氧高峰。,放氧复合体S0,S1,S2,S3,S4。S0最低,S4最高自发放O2S0状态。黑暗下,只有S0,S1状态可稳定存在,而S2,S3最终都可以逆转到S1。光下S0:S1:S2:S3为1:1:1:1,暗中适应后S0:S1:S2:S3为1:3:0:0,S0,S2,S1,S3,S4,P680,hv,e-,e-,e-,e-,e-,1min,1min,第一节 光合作用,放氧复合体中锰串的结构.锰串中有4个锰
8、(Mn)原子与PSII D1蛋白的氨基酸残基及氧、氯相连接,本模型不包括钙。,第一节 光合作用,(2)光合磷酸化光下叶绿体在光合电子传递的同时,使ADP和Pi形成ATP的过程称为光合磷酸化。ATP形成的动力质子动力势。,第一节 光合作用,第一节 光合作用,ATP合成旋转催化模式图 当质子流过时,ATP合酶的亚基寡聚体与和亚基一起旋转,这种旋转导致/间和亚基间的不对称互作,打开催化功能开关。,第一节 光合作用,Assimilatory power:形成活跃的化学能ATP和NADPH合称为“同化力”。2H2O+2NADP+2ADP+2Pi=O2+2NADPH+2H+2ATP+2H2O,22e-,第
9、一节 光合作用,3、活跃的化学能转化为稳定的化学能碳同化C3途径、C4途径和CAM途径。(1)C3途径(Calvin 循环)光合作用中CO2固定后的最初产物是三碳化合物的CO2同化途径。只具有C3途径的植物称C3植物。如水稻、棉花、菠菜、青菜,木本植物几乎全为C3植物。,第一节 光合作用,Device when Calvin researched for CO2 fixation,Hot alcohol,第一节 光合作用,a.羧化阶段CO2变为三碳化合物。由RuBP羧化酶(RuBPCase,核酮糖1,5-二磷酸羧化酶催化。,RuBP,+CO2,RuBPCase,Mg2+,H2O,2 3-PGA
10、,核酮糖1,5-二磷酸,3-磷酸甘油酸,第一节 光合作用,RuBPCase结构图。高等植物叶绿体中的RuBPCase由8个大亚基和8个小亚基组成。红色为4个小亚基,另4个在对面看不到,绿和兰色的分别为 8个大亚基。,第一节 光合作用,b.还原阶段这是利用“同化力”把3-PGA还原为GAP(3-磷酸甘油醛)的过程。,PGA Kinase,ATP ADP,GAP dehydrogenase,NADPH NADP,3-PGA,1,3-PGA,3-GAP,Pi,c.RuBP 再生,第一节 光合作用,CO2,ADP ATP,NADP NADPH,第一节 光合作用,CO2,ADP ATP,NADP NAD
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