叶绿体与光合作用
叶绿体与光合作用
PSⅠ中的光反应及电子传递
• PSⅠ将LHCⅠ吸收的光能传给P700，被激发 P700释放一个高能电子，沿 A0→A1→FeSX→ FeSA→FeSB依次传递，传 给铁氧还蛋白(Fd)
• 最后经铁氧还蛋白-NADP还原酶作用，将电 子传给NADP+，形成NADPH。
（一）光反应（light reaction）
• 通过叶绿素等光合色素吸收光能，将光能转 变成化学能，形成ATP和NADPH的过程。
• 可分为3个主要步骤: 光能吸收、电子传递、 光合磷酸化。
1、光吸收
• 指叶绿素分子被光激发至引起第一个光化学反应 的过程，包括光能吸收、传递和转换。是光反应 最初始的反应，又称原初反应(primary reaction)
两个光系统的协同作用
PSⅡ中的光反应及电子传递
• 在PSⅡ中发生的反应可分为两大块:
• A. 水的裂解: PSⅡ将LHCⅡ吸收的光能→P680 →P680* →原初电子受体去镁叶绿素(ph-)
• P680*带正电→从原初电子供体Z(反应中心D1 蛋白上的一个tyr侧链)得电子而还原→ Z+从含 Mn蛋白的放氧复合体上获取电子→氧化态的放 氧复合体从水中获取电子→水光解。
（2）光合作用单位(photosynthetic uint)
• 光合作用的功能单位是由叶绿素、类胡萝 卜素、脂和蛋白质组成的复合物，也叫光 系统。
• 每一个光系统有两个基本成分：捕光复合 物(light harvesting complex)和光反应 中心。
A、捕光复合物：由约200个叶绿素分子和 一些与蛋白质相连的类胡萝卜素组成。
第十一章叶绿体与光合作用
二、类囊体
是单层膜围成的扁平小囊，沿叶绿体的长轴平行排列。 膜上含有光合色素和电子传递链组分，又称光合膜。
许多类囊体象圆盘一样叠在一起，称为基粒，组成基 粒的类囊体，叫做基粒类囊体，构成内膜系统的基粒 片层（grana lamella）。基粒直径约0.25~0.8μm， 由5~30个类囊体组成。每个叶绿体中约有40~80个 基粒。类囊体膜中含有叶绿素，是光合作用基地。
第十一章叶绿体与光合作用Βιβλιοθήκη 间质9个亚基3个亚基
近间质的类囊体膜表面上大量小颗粒，直径1013nm，具光系统I（PSI）活性。（基粒类囊体 和间质类囊体上）
与间质非接触的类囊体膜上（叠置区）大颗粒 10-18nm，光系统II（PSII）。（基粒类囊体上）
PSI 和PSII的分布在光合作用的电子传递和ATP、 NADPH的产生方面起着重要作用。
第十一章叶绿体与光合作用
高等植物叶肉细胞叶绿体超微结构示意图
叶片上表皮
叶绿体 间质
基粒
外膜
类囊体膜 内膜 膜间隙
类囊体腔
线粒体和叶绿体的比较
第十一章叶绿体与光合作用
一、叶绿体被膜
双层膜，外膜分布有孔蛋白，透性高，细胞质 中的大多数营养分子均可自由穿过外膜进入膜 间隙。
内膜透性低，对穿运物质有严格的选择性，物 质必须依靠内膜上的特殊载体才能从膜间隙进 入间质。
第十一章叶绿体与光合作用
微管束
叶肉
基粒
间质
第十一章叶绿体与光合作用
第十一章叶绿体与光合作用
第十一章叶绿体与光合作用
第十一章叶绿体与光合作用
第二节 叶绿体的超微结构
叶绿体是由双层单位膜围成的细胞器，由被 膜、类囊体、间质三部分组成。 被膜分为内膜和外膜，之间有厚约20nm的 空隙，称为膜间隙。内膜所包围的空间内充 有无结构的可溶性物质，即间质。类囊体悬 浮在间质中。
叶绿体与光合作用精讲课件
第八章叶绿体与光合作用8.1叶绿体结构组成8.1.1叶绿体的形态、数量、分布8.1.2叶绿体结构与组成8.1.3叶绿体蛋白定位8.2光合作用8.2.1光反应阶段8.2.2暗反应阶段8.2.3光呼吸与C4、CAM途径8.3叶绿体发生与遗传8.3.1叶绿体形成8.3.2叶绿体的自主性8.3.3叶绿体起源8.1叶绿体结构组成8.1.1叶绿体的形态、数量、分布叶绿体的形态大小、数量、分布受遗传因素及环境因素的影响。
不同植物、不同组织处细胞内的叶绿体性状变化较大，而且在光能的变化下改变位置与排列。
8.1.2叶绿体结构与组成三膜三空间（1）外膜：通透性大，氧气、二氧化碳、水自由通过，有孔蛋白。
（2）膜间间隙：由于外膜的高通透性，成分与胞质溶胶相似。
（3）内膜：通透性小，蛋白质含量高，有丰富的转运蛋白，如磷酸交换载体、二羧酸交换载体，其物质转运全部依靠浓度梯度驱动。
（4）叶绿体基质：二氧化碳固定所需酶类，叶绿体DNA，RNA，核糖体等，最多的是淀粉颗粒，还有含脂的沉积物质体球，由类囊体膜破类形成。
（5）类囊体膜：光反应阶段电子传递的蛋白复合体，以及CF1颗粒等。
不饱和脂肪酸含量高，膜具有较大流动性。
（6）类囊体基质。
8.1.3叶绿体蛋白定位（1）叶绿体基质蛋白的定位类似于线粒体，需要叶绿体基质蛋白的N端导向序列。
（2）类囊体蛋白定位需要叶绿体基质蛋白导向序列及类囊体膜或类囊体基质导向序列。
质体蓝素保持非折叠状态，直至进入类囊体基质。
金属结合蛋白以折叠状态进入类囊体基质。
8.2光合作用8.2.1光反应阶段分为光能吸收、电子传递、光合磷酸化三个阶段（1）光能吸收天线色素蛋白复合体。
规则为共振转移学说、能量递减，将光能传递到光反应中心。
其中天线色素之间的距离在能量传递过程中起关键作用，由蛋白质构建。
光系统中的捕光复合体。
光系统分为PSII与PSI两个，均由捕光复合体及光反应中心复合体组成。
分别为LHCII与LHCI，负责将光能传递给光反应中心复合体。
叶绿体与光合作用
第二节 叶绿体的超微结构
叶绿体外被
外膜
内膜
基质类囊体 (基质片层)
类囊体 基粒类囊体
基粒
膜间隙
叶绿体超微结构的模式图解
基质
类囊体腔
叶绿体的超微结构：
叶绿体外被
双层单位膜 每层厚约6~8nm
外膜的通透性大 内膜选择性强(特殊载体)
膜间隙 内、外两层膜之间厚约10~ 20nm的空隙 叶绿体 类囊体(thylakoid) 基粒类囊体: 基粒(grana)
光合磷酸化
叶绿素分子
捕光色素
能吸收光能, 但没有光化 学活性(天线色素)
电子载体在类囊体膜中的分布电子 递链特 异性抑 制剂的 作用部 位
第四节 叶绿体的功能
一、光合作用的基本过程 二、光反应 三、暗反应
一、光合作用的基本过程
光合作用全过程各个阶段示意图
光合作用的光反应在类囊体中进行；暗反应（碳固定反应）在叶绿体间质中进行
叶
绿
体
中
光
合
作
用
两
个
反
O2
应
的
光反应
质体是由前质体
(proplastid)发育
前质体
而来的：
白色体
叶绿体 造粉体
有色体
讲授提纲
第一节 叶绿体的形态大小 第二节 叶绿体的超微结构 第三节 叶绿体的化学组成 第四节 叶绿体的功能 第五节 叶绿体的半自主性 第六节 叶绿体的发生 第七节 原核生物的光合作用
第一节 叶绿体的形态大小
高等植物中：
光合膜和叶绿体对生物界的存在和进 化有着重大贡献，其主要功能是吸收光 能合成碳水化合物，同时产生分子氧。
叶绿体所捕获的光能转化成化学能， 贮存到碳水化合物中，碳水化合物是生 物界中能量循环链的起点。
光合作用的机理
光合作用的机理
光合作用是植物及某些微生物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的生物化学过程。
下面是光合作用的基本机理：
1.光能吸收：光合作用发生在植物细胞的叶绿体中。
叶绿体内含有一种绿色的色素分子叫叶绿素，它能够吸收光能。
光能主要被吸收在叶绿素分子中的一个特殊结构叫反应中心。
2.光合色素捕获光能：当叶绿素分子吸收到光能后，光能将能量传递给反应中心的电子。
这个过程被称为光合色素的激发，激发后的电子具有高能量。
3.光化学反应：激发的电子随后经过一系列复杂的光化学反应，其中一个关键步骤是光合作用的两个主要阶段：光能转化和化学能转化。
4.光能转化：在光能转化阶段，激发的电子通过一系列电子传递过程在叶绿体内移动，形成光合电子传递链。
这个链上的蛋白质复合物将电子从一个分子传递到另一个分子，释放出能量。
这个过程中，能量逐渐被升级，保存为能高且稳定的分子中，如ATP（三磷酸腺苷）。
5.化学能转化：在化学能转化阶段，由光能转化产生的高能电子和ATP提供能量，将二氧化碳（CO2）和水（H2O）通过一系列酶催化的反应转化为葡萄糖和其他有机物。
这个阶段被称为碳固定，其主要反应是卡尔文循环。
光合作用的机理是通过吸收和利用光能，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。
这个过程依靠叶绿体中的叶绿素和其他辅助色素分子，通过光能转化和化学能转化两个阶段的反应来实现。
光合作用是地球上生命能量流动的关键过程，为维持生态平衡和氧气的供应发挥着重要作用。
第一节 叶绿体与光合作用
化学能 化养生物 光 能 光养生物 光合作用 光 2H2O+CO2 (CH2O)n+H2O+O2 叶绿体(光合作用片层) 线粒体
第七章
线粒体和叶绿体
• 第一节 叶绿体与光合作用 • 第二节 线粒体与氧化磷酸化
• 第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 • 第四节 线粒体和叶绿体的增殖和起源
•
•
• (2)电子传递 • H2O • PC • PQH2
PQ NADP+ PC(PSII
PSI)
• 2、光合磷酸化(形成ATP) • (1)H+质子电化学梯度的建立 • (2)CF0-CF1 ATP合成酶: • 由两部分组成, 即头部(CF1)和膜部(CF0)
(三) CO2的固定反应(形成有机物)
• 卡尔文循环 • C4植物与C4途径 • CAM植物
第一节 叶绿体与光合作用
• 一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构 • 二、叶绿体的功能
一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构
• 叶绿体 • 前质体 质体 有色体 • 白色体 • (一)叶绿体的形态、数目和分布:高等植物 中的叶绿体为香蕉型 • (二)叶绿体的结构: • 1. 叶绿体膜:内膜、外膜 • 2.类囊体:基粒类囊体和基质类囊体 • 3.基质
(三) CO2的固定反应(形成有机物):
活跃的化学能 稳定的化学能 此过程不直接需要光(暗反应),在叶绿体基质中进行 小结
(一) 光能吸收、传递和转换(生成高能电子) • 叶绿素 • (1)色素分子 类胡萝卜素 • 藻胆素 • (2)光能吸收、传递和转换 •
• 捕 光 复 合 物
(light-harvesting complex,LHC)
生物：光合作用的叶绿体结构
生物：光合作用的叶绿体结构光合作用是生物界中一个极为重要的生物化学过程，它为生物提供了能量和有机物质。
而这一过程的关键场所就是叶绿体。
本文将详细介绍光合作用的主要场所——叶绿体的结构组成及其功能。
叶绿体的结构叶绿体的外膜是一层平滑的生物膜，其主要作用是保护内部结构，同时控制物质的进出。
外膜上存在多种通道和载体蛋白，负责物质的运输和交换。
叶绿体内的膜较外膜更为复杂，其上有许多褶皱，称为嵴。
这些嵴大大增加了叶绿体内的膜面积，为酶和光合色素提供了更多的附着点。
内膜的主要功能是分隔叶绿体的内部环境，使其与细胞质基质有所不同。
类囊体薄膜类囊体薄膜是叶绿体内最重要的结构之一，其上含有大量的光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素等。
类囊体薄膜分为两种类型：基粒和基质片层。
基粒是类囊体薄膜上的一种特殊结构，其上含有大量的光合色素，是光反应的场所。
而基质片层则主要负责将光反应和暗反应联系起来，传递光能和化学能。
叶绿体基质叶绿体基质是类囊体薄膜之间的空间，其内含有大量的酶和核糖体，是暗反应的场所。
叶绿体基质中含有两种类型的酶：光依赖酶和光独立酶。
光依赖酶在光反应中发挥作用，将光能转化为化学能。
而光独立酶则在暗反应中，利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳还原为有机物质。
叶绿体的功能光合作用叶绿体是光合作用的主要场所，通过光合作用，叶绿体将光能转化为化学能，将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
这一过程分为两个阶段：光反应和暗反应。
1.光反应：在光反应中，叶绿体内的类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将水分子分解为氢离子、电子和氧气。
同时，光能还将ADP和无机磷酸盐转化为ATP。
2.暗反应：在暗反应中，叶绿体基质中的酶利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳还原为有机物质。
这一过程也称为Calvin循环。
细胞代谢调控叶绿体不仅是光合作用的场所，还参与细胞内的其他代谢过程。
例如，叶绿体可以通过调节基因表达来适应不同的光照条件，以保证光合作用的效率。
第十三章叶绿体与光合作用
（2）原初反应过程
吸收光和水的光解
第十三章叶绿体与光合作用
光合作用是地球上有机体生存和发展的根本源泉
植物、藻类、光合细菌利用光能经过复杂的反应将 二氧化碳和水合成有机分子，并释放氧气。
主要内容：
1、掌握叶绿体的超微结构及化学组成特点； 2、掌握叶绿体光合作用的基本过程及结构基础 3、了解叶绿体的半自主性及来源。
叶绿体----植物细胞、 藻类和光合细菌中， 除线粒体以外的另外 一种能量转换细胞器。
间质
9个亚基
3个亚基
光系统I（PSI）主要分布在近间质的类囊体膜表面上，为直径 10-13nm小颗粒。（基粒类囊体和间质类囊体）
光系统II（PSII）主要分布在与间质非接触的类囊体膜上（叠 置区），为10-18nm大颗粒。（基粒类囊体）
间质
间质
PSI
PSII
（三）间质
叶绿体被膜与类囊体之间的无定形物质，主 要为一些可溶性成分，各种酶类；另有DNA、 RNA、 核糖体等有形成分。
2、蛋白质(60%)：多与叶绿素结合成复合物，最多的复 合物是CPⅠ和CPⅡ（叶绿素-蛋白复合物）；CPⅠ的叶 绿素a/叶绿素b=12:1；CPⅡ叶绿素a/叶绿素b=1:1。
CPⅠ与光系统Ⅰ（PSⅠ）的活性有关；
CPⅡ与光系统Ⅱ（PSⅡ）的活性有关。
光系统含有捕光复合物和反应中心两部分。
捕光复合物或称天线复合物，无光反应活性，可接收光，集中 后传给PSⅠ和PSⅡ。
间质 类囊体膜
水裂解酶
类囊体腔
天线复合体
P680
质体醌
P700
质体蓝素
铁氧还 蛋白
质子顺质子化学 梯度流动
光合作用过程中电子沿类囊体膜中的电子传递链传递
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• 固碳反应是在叶绿体基质中进行的酶 促化学反应，利用光反应产生的ATP 和NADPH，将二氧化碳还原为糖，即
将活跃的化学能转换为稳定的化学能， 最终储存于有机物中。
光合作用模式图：
• 小结：叶绿体由叶绿体膜、类囊体、 叶绿体基质组成，其主要功能是进行 光合作用；光合作用分为光反应和固 碳反应两个过程，其中，光反应在类 囊体膜上进行，固碳反应则在叶绿体 基质中进行。
叶绿体与光合作用
制作人：生命科学学院
叶绿体内部结 构如何，是什 么支持它完成 光合作用？
一、叶绿体的 形态结构
叶绿体的形状、大小和数量 叶绿体的结构
叶绿体的形状、大小和数量因植物 种类不同而有很大差别。同时，叶 绿体是一种不稳定的细胞器；高等 植物的叶绿体多呈凸透镜状或香蕉 形，藻类植物通常只有一个巨大的 叶绿体，其形状有带状、螺旋状、 星状，依细胞的形状而定。
谢谢！
• 高等植物的光合作用涉及两个过程： 光反应 固碳反应
• 光合色素
叶绿素a 叶绿素
叶绿素b β -胡萝卜素
类胡萝卜素 叶黄素
藻胆素
• 光反应包括原初反应和电子传递及 光合磷酸化两个步骤，是在类囊体 膜上通过叶绿素等光合色素分子吸 收、传递光能，进而转换为活跃的 化学能，形成ATP和NADPH，同 时也产生氧气。
• 叶绿膜 叶绿体基质
类囊体
• 叶绿体膜由双层单位膜，即外膜和内膜组 成
类囊体是叶绿体内部由内膜发 展来的扁平膜囊
• 叶绿体内膜与类囊体之间的区室， 称为叶绿体基质
二、叶绿体的主要功能 ——光合作用
• 光合作用是自然界将光能转化为化学能的 主要途径，其本质是呼吸作用的逆过程。