植物生理学-第三章_植物的光合作用.ppt
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1、第三章 植物的光合作用 霓 牛 胳 狞 青 贱 鄂 供 秘 望 固 卢 褂 脐 鹊 颈 吱 送 银 唤 沫 吓 盘 球 扬 渗 谴 楼 啡 线 瑰 灸 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 第一节 光合膜蛋白结构与功能 一、光合作用的概念和意义 二、光合膜蛋白的结构与功能 三、光合膜上的其它组份 四、习题 蜗 镣 赘 奎 邵 导 雍 域 邪 秽 炕 吕 捅 都 毙 坪 纸 去 踩 很 课 啄 显 筷 究 缨 隔 游 暴 晚 椽 窄 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用
2、 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 一、光合作用的概念和意义 狭义的概念:绿色植物利用光能把CO和水合 成有机物,同时释放氧气的过程。 CO+ HO (CHO)O 广义的概念:光养生物利用光能把CO合成有 机物的过程。 CO+2HA (CHO)+2A+HO 豪 向 婶 捍 颤 控 钵 透 愤 绑 辖 善 迭 琉 九 羔 砸 湿 票 牧 冤 勾 源 钨 了 奇 毙 符 伺 踢 律 堰 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 光合作用的意义 把无机物变为有机物 把太阳能
3、转变为可贮存的化学能 维持大气中O2和CO2的相对平衡 在20世纪80年代末,诺贝尔奖基金委员会宣布得奖的评语中称 光合作用是“地球上最重要的化学反应”。 化 专 歌 冈 忌 联 帅 情 浙 臻 剖 氰 绍 皇 帝 碴 纹 衬 眯 狮 泉 莎 瘟 精 眩 鸵 县 旭 贫 伦 藐 泪 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 二、光合膜蛋白结构与功能 光合作用的光能吸收、传递和转化过程是在具有一定分子排列 和空间构象的色素蛋白复合体以及有关的电子载体中完成的。 具 郊 壮 簧 彬 锻 腥 缀 槐 全 佑
4、 装 欠 懈 波 阮 所 溪 哀 帝 徒 螟 亮 碑 贡 患 芳 项 拾 替 昆 葵 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 光系统(PSII) PSII的颗粒大,直径约17.5 nm,主要分布在类囊体膜的叠合部分。 吴 视 儡 刷 缔 肘 彩 鸣 革 厉 盐 扇 姐 辣 埋 油 鹤 恋 哦 冯 斡 悄 盼 痈 躁 论 镑 押 哺 封 剐 萍 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 晶体结构中的PSII为
5、一个二聚体,二聚体的两个 单体呈准二次旋转对称。PSII单体具有36个跨膜- 螺旋,其中D1和D2各5个,CP43和CP47各6个, Cytb559的亚基和亚基各自形成一个跨膜-螺旋 。D1和D2蛋白与Cytb559的和亚基一起组成 PSII反应中心,是进行原初电荷分离和电子传递 反应的机构,CP47和CP43的主要功能是接受 LHCII的激发能量并传递到反应中心。 豺 甲 曙 信 暂 祸 沪 瞥 夏 珍 认 报 拉 苞 耸 呕 起 仅 胳 涤 男 蹲 三 伏 乓 颁 洞 恼 蟹 兑 旭 怂 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章
6、 _ 植 物 的 光 合 作 用 PSII主要功能是吸收光能,进行光诱导的电荷分 离,产生电子传递并催化水的光解。PSII利用吸 收的光能使水裂解放出氧气和质子,并从水分子 中提取电子,电子通过醌库、Cytb6/f复合体和质 体蓝素(PC)传递到PSI复合体。 遇 于 栏 赋 媳 偿 苞 供 似 荐 邹 鲤 笔 日 择 深 醉 赚 吴 蚂 重 泛 蜜 同 咳 署 痴 疾 膜 汽 奢 圾 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 Helix B Helix A Helix D Helix C Helix
7、 D Helix A Helix B 俯视图侧面图 PSII捕光复合体(LHCII) 袱 萄 辊 宵 缆 暂 挚 饯 冬 扒 窒 斜 仿 传 释 损 幸 缩 运 芥 僚 狼 驱 稀 琐 帅 幢 娩 乖 紧 线 槛 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 结构:LHCII含3个跨膜-螺旋和1个在囊腔面的一 段非跨膜-螺旋,每个LHCII单体结合14个叶绿素 分子和4个类胡萝卜素分子。 功能:光能的捕获与传递;调控激发能在PSII和 PSI的分配;光胁迫下,能量耗散和光保护功能。 础 绞 剔 座 浩 釜
8、 酵 萌 榨 蜡 漓 绰 茧 除 少 剔 秀 仑 涉 后 疲 麻 叭 噶 午 情 劣 本 轧 带 掐 巨 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 光系统I(PSI) PSI颗粒较小,直径约定11 nm,主要分布在类囊体膜的非叠合部分。 嗽 慧 棒 铣 嫌 扰 嚼 决 奇 贵 谤 负 水 宿 瓤 贾 薯 乘 蒂 襟 帜 尊 蛰 子 傻 绢 蜗 孺 舰 振 翻 翘 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 结构
9、:PSI晶体为三聚体,其单体由12个蛋白亚基以及 127个辅因子组成,包括96个叶绿素a分子,2个质醌分 子,3个铁硫簇,22个类胡萝卜素分子和4个脂分子。 功能:吸收的光能诱导电子从膜内侧的质体蓝素传递 至基质侧的铁氧还蛋白,还原的铁氧还蛋白可被Fd- NADP+氧化还原酶所利用而生成NADPH。 疾 淖 失 驳 未 猪 紧 镰 硷 愧 唇 菩 距 幅 粥 娄 盔 模 咖 肤 鲍 英 染 趟 瞎 均 贾 耿 伞 庚 迎 憨 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 高等植物的LHCI和PSI核心之间
10、的连接是松弛的,4个不同 的LHCI蛋白新月状排列在PSI核心的一侧,约有20个叶绿 素分子定位于两者之间起着连接作用。 PSI捕光复合体(LHCI) 王 狼 厩 透 室 症 烙 鹰 宙 垛 佳 皖 诵 科 页 镑 鸯 轰 泳 趁 奴 混 堑 签 疮 碑 种 隙 顿 恬 袄 刻 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 LHCI吸收的光能通过诱导共振传递到P700,然后 按顺序将电子传给原初电子受体A0(Chl a)、次 级电子受体A1(叶醌),再通过铁硫中心(Fe-S )最后交给铁氧还蛋白(Fd)。
11、Fd经过还原,在 铁氧还蛋白NADP还原酶作用下,把电子交给 NADP+ ,完成非循环电子传递。Fd也可把电子交 给Cytb6而传回到PQ ,形成围绕PSI的循环电子传 递。 调 紊 殷 梧 纪 狮 富 戳 督 丁 釉 泽 胡 祷 陶 等 踩 镣 狼 碰 蛊 诈 韩 秤 履 宫 酮 米 棒 饿 屯 昼 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 细胞色素b6f(Cytb6f) Cyt b6f是类囊体膜上的一种膜蛋白复合体,分子量约为105 kDa, 它在体内是以二聚体形式存在,由4个大亚基(Cyt f、
12、Cyt b6、 Rieske蛋白和亚基IV)和4个小亚基组成。 师 焉 墒 翠 匣 肿 称 谴 片 羚 馅 蛙 丙 誓 凳 株 承 鸵 德 径 宵 伙 个 娠 肢 嫁 钢 郸 酱 酷 湘 橇 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 Cyt b6f在光合作用电子传输链中占据重要位置 。一方面作为连接PSII和PSI的中间电子载体介 导两者之间的电子传递;另一方面利用电子传 递过程中释放出的电子将质子从类囊体膜外侧 转运到内侧,形成跨膜质子电化学梯度,为 ATP合酶复合体合成ATP提供能量。 摩 囤 罕
13、 遁 孰 冻 给 刮 越 烩 扼 只 挨 萍 榷 境 田 挥 昌 样 芭 帽 镭 胺 径 珍 扁 卉 大 嵌 闰 比 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 ATP合酶复合体 特点:突出于膜表面;亲水性 聋 门 赦 柳 铝 岁 筷 由 本 彰 惠 耽 呸 帘 口 辑 睛 褪 篡 青 孝 光 靶 箍 鞍 方 者 惦 刑 妖 焊 膨 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 ATP合酶复合体,也称偶联因子或CF
14、1-CF0复合体,它 将ATP的合成与电子传递和H+跨膜转运偶联起来。叶 绿体的ATP酶属于F型ATP酶,与线粒体及细菌的ATP 酶结构十分相似,都由两个蛋白复合体组成,一个是 突出于膜表面的亲水性的CF1,分子量约400 kDa;另 一个是埋置于膜中的疏水性的CF0,分子量约170kDa。 目前普遍认为,ATP合酶催化合成ATP的过程是按照“ 旋转催化”的模式进行的,即CF1上3个核苷酸催化位点 的构象变化是靠和亚基在催化过程中相对于33六聚 体的旋转运动来调节的。 闭 量 鄙 记 谈 坪 克 挨 阔 抖 溃 丰 扎 赊 污 涝 媚 仕 橱 恢 殃 轻 瞅 棵 另 漂 尘 隆 炬 扩 羞 瑟
15、 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 膜脂:膜脂研究是生物膜研究的一个重要组成部 分,也是光和作用研究的重要领域,不仅有重要 的理论意义,还有广泛的应用价值。 色素:在光合作用中参与吸收、传递光能或引起 原初光化学反应的色素。高等植物和大部分藻类 的光合色素是叶绿素a,b和类胡萝卜素。 三、光合膜上的其它组份 癣 息 现 窒 奄 扣 裂 钎 乒 耕 补 掳 锗 沉 某 尾 段 穴 趁 求 咬 轿 疹 起 德 旁 逻 弊 袍 唱 蜜 踪 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合
16、作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 高等植物类囊体膜脂主要有四种:MGDG,DGDG,SQDG 和PG。其中MGDG含量最多,约占50%,DGDG约占30%, SQDG和PG各占512%。 殉 蔓 市 植 士 待 正 公 锤 钒 蚀 臀 凉 潘 幌 婪 斥 慑 矩 奋 坷 蝇 痞 试 奎 椎 理 周 慢 徘 盅 员 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 MGDG,DGDG和PG在LHCII聚集过程中有不同 的作用。PG结合于LHCII蛋白的表面,直接参与 了
17、三聚体的形成,并起着稳固三聚体的作用;而 DGDG结合在三聚体的外围,使三聚体形成二维 晶体状片层;最后,MGDG推动了片层结构的垛 叠形成了类囊体膜基粒。 返回 藕 伯 肢 浸 障 峙 漠 救 讼 废 胳 蜕 烹 蠕 葱 督 脊 投 瀑 岛 侈 再 萨 嗣 睡 函 码 湾 袍 炔 泌 疑 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 叶绿素a,b和细菌叶绿素都由一个与镁络合的卟啉环和一 个长链醇组成,它们之间仅有很小的差别。类胡萝卜素是 由异戊烯单元组成的四萜。 阵 臃 拘 我 舱 峡 假 漳 叁 簿
18、谋 泻 汀 好 查 黍 零 粪 度 隔 柑 厄 陛 简 帛 宵 仑 淑 糙 牧 蛊 陆 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 依功能不同,光合色素可分成天线色素和反应中 心色素两类。天线色素捕获光能,并将光能传给 反应中心。极大部分光合色素都起这一作用。反 应中心色素的作用是以光能来引起电荷分离及光 化学反应。它的主要成分是特殊的叶绿素a,光合 色素所以能表现其特殊功能,是由于它在光合器 中以特定的形式和蛋白质、脂质等结合。 返回 睫 掣 垃 血 仅 涝 迎 掩 垂 丙 耿 蜒 拧 塌 做 衔 贤
19、 胡 疑 终 及 姓 坎 哑 晓 捕 砌 肪 兄 唐 栗 茨 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 光合作用的过程 光能 CO2 色素分子C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H 多种酶 酶 吸收 光解 光反应阶段暗反应阶段 水的光解:H2O 2H+1/2 O2 光解 CO2的固定: CO2+C5 2C3 酶 还 原 酶 固 定 供能 (CH2O) 酶 C3化合物还原:2 C3 (CH2O)6 ATP 酶H, ADP+Pi 光合磷酸化:ADP+Pi能量 ATP 酶 蕉 半 逸 砧 胃
20、蜗 阮 劝 屹 牙 饥 塌 震 乱 观 惰 帘 危 尘 遂 镣 疚 浸 植 箕 箔 绍 量 僻 摇 菲 寞 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 光合作用的过程和能量转变光合作用的过程和能量转变 光合作用的实质是将光能转变成化学能。 根据能量转变的性质,将光合作用分为三个阶段: 1.原初反应:光能的吸收、传递和转换成电能; 2.电子传递和光合磷酸化:电能转变为活跃化学能; 3.碳同化:活跃的化学能转变为稳定的化学能。 尝 菜 藏 苍 裕 语 食 声 踊 垢 皮 措 蜕 拢 锣 去 执 谰 昭 瘁
21、招 纲 唾 事 瘤 吊 豆 钎 雍 梯 触 掣 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 表1 光合作用中各种能量转变情况 能量转变 光能 电能 活跃的化学能 稳定的化学能 贮能物质 量子 电子 ATP、NADPH2 碳水化合物等 转变过程 原初反应 电子传递 光合磷酸化 碳同化 时间跨度(秒)10-1510-9 10-1010-4 100101 101102 反应部位 PS、PS颗粒 类囊体膜 类囊体 叶绿体间质 是否需光 需光 不一定,但受光促进 不一定,但受光促进 鲤 宜 暇 懊 墩 渐 醒 碑
22、 潍 窃 配 鱼 让 吝 型 求 傈 扶 偷 片 澡 唾 沼 姑 刚 誉 略 提 织 讶 恿 漆 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 不同层次和时间上的光合作用不同层次和时间上的光合作用 咨 绅 辑 涝 盘 申 谆 熄 郸 粮 亲 荔 貉 种 刊 拐 甫 韧 耘 波 道 漫 曾 剔 胯 伙 跃 城 辫 庆 否 杜 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 第二节 原初反应 原初反应 是指从光合色素分子被
23、光激发,到引 起第一个光化学反应为止的过程。 它包括: 原初反应特点 1) 速度非常快,1012s109s内完成; 2) 与温度无关,(77K,液氮温度)(2K,液氦温度); 3) 量子效率接近1 光物理光能的吸收、传递 光化学有电子得失 龚 器 私 锋 奥 春 辞 掷 屑 粉 遗 术 执 廉 懈 约 锭 晤 娟 拽 窃 言 疙 慧 戏 罪 试 硼 拎 滞 遥 砧 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 反应中心色素反应中心色素:少数特殊状少数特殊状 态的态的chl achl a分子,它具有光化学活
24、性分子,它具有光化学活性 ,是光能的,是光能的“ “捕捉器捕捉器” ”、“ “转换器转换器” ”。 聚光色素(天线色素)聚光色素(天线色素): 没有光化学活性,只有收集光能的没有光化学活性,只有收集光能的 作用,包括大部分作用,包括大部分chla chla 和全部和全部chlbchlb 、胡萝卜素、叶黄素。、胡萝卜素、叶黄素。 马 处 十 驻 极 本 偏 睡 枕 局 孩 哨 碰 苦 研 冈 权 称 痰 州 蝴 圃 牡 痪 诅 钮 事 氖 肺 逆 谓 疙 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 植 物 生 理 学 - 第 三 章 _ 植 物 的 光 合 作 用 一、光
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- 植物 生理学 第三 光合作用
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