第三章-光合作用--光反应-电子传递
第三章植物光合作用 浙江大学植物生理学理论课件
Fig3-16 叶绿素和细胞色素的电子云分布 和吸收光波长
• 叶绿素发荧光和磷光 . • 磷光是三线态分子退激发的产物，波长
比荧光强。
•(See a cartoon)
• 集光色素 (light-harvesting pigment) 或 天线色素 (antenna pigment)—— 只起 吸收和传递光能 , 不进行光化学反应 的光合色素。 Chlb 、类胡萝卜素和 Ch a。
• 作用中心色素 (reaction centre pigment) 又名陷井 (trap) —— 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光合色素， Ch a ( 少量 ).
图 3-17 光合作用中能量传递和转化
• 3.1.2 激发能传递 • 诱导共振、激子传递和电子迁移 , 但以诱
非垛叠区都有分布。 • PSI 的作用中心色素是 P700; • 原初电子供体 PC; • 原初电子受体 A0; • 最终推动 NADPH 形成。
图 3 － 22 PSI 复合体结构与核心组分
2 、光系统Ⅱ (PhotosystemⅡ PSⅡ) ～ 110Å—— ～ 145Å, 在类囊体膜的垛 叠部分。
• 浓度足够的叶绿素溶液照光后可以在 透射光下呈绿色 , 而在反射光下呈红 色的现象称为荧光现象。
• 这是由于光下激发态的叶绿素分子返 回基态时发出的光。
• 荧光的寿命很短 , 约为 10-9s 。光照停 止 , 荧光也随之消失。在进行光合作用的叶 片很少发出荧光。
• 叶绿素还会发出红色磷光 , 磷光的寿命 为 10-2 ～ 103 秒 , 强度仅为荧光的 1% 。
+ 2KOH
C32H30ON4Mg
COO— + 2KOH +CH3OH +C20H39OH
第三章 光合作用 Photosynthesis1
图3-7 荧光现象
图3-9 色素分子吸收光后能量转变 色素分子吸收蓝光（430 nm）或红光（670 nm）后，分别激发为第二单线态（E2） 或第一单线态（E1），E1转变为第一三线态，它们进一步回到基态（E0）时则分别 产生荧光或磷光
• 四、植物的叶色 • 正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比 例约为3：1，叶绿素a和叶绿素b也约为3： 1，叶黄素和胡萝卜素约为2：1。所以正常 的叶子总是呈现绿色。
• （1）非循环光合磷酸化 • 在放氧复合体（ OEC）处水裂解后，把H+释放 到类囊体腔内，把电子传递到PSⅡ。电子在光 合电子传递链中传递时，伴随着类囊体外侧的H+ 转移到腔内，由此形成了跨膜的H+浓度差，引起 了ATP的形成；与此同时把电子传递到PSI去， 进一步提高了能位，而使H+还原NADP+为 NADPH，此外，还放出O2。在这个过程中，电 子传递是一个开放的通路，故称为非循环光合磷 酸化。吸收8个光量子，将2H2O氧化（将4个H+ 释放到囊中），放出一个O2。传递4个电子，还 原2个NADP+。光量子产额为1/8。
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。
类囊体片层堆叠的生理意义 • 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。 • ③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。
光系统Ⅰ（PSI）
• (2)PSⅡ • PSⅡ多存在于基粒片层的垛叠区。PSⅡ主要 由核心复合体（P680）、PSⅡ捕光复合体 （ LHCⅡ）和放氧复合体（OEC）等亚单位 组成。PSⅡ的功能是利用光能氧化水（水的 光解和放氧）和还原质体醌。水裂解放氧是水 在光照下经过PSⅡ的作用，释放氧气，产生 电子，释放质子到类囊体腔内，整个反应如下： • 光子 • 2H2O→O2+4H++4e-
光合作用中的电子传递过程
光合作用中的电子传递过程光合作用是指植物利用光能将二氧化碳和水转化成有机物的过程。
其中，一个重要的环节就是电子传递。
本文将围绕光合作用中的电子传递过程展开探讨。
光合作用中的电子传递有哪些参与者？在光合作用中，电子传递过程通常分为两个阶段：光反应和暗反应。
光反应是指在叶绿体中，通过光能的吸收和转化，将光能转化为化学能，即将光能转化为ATP和NADPH。
而暗反应，则是指在质体中，利用ATP和NADPH等物质完成CO2的固定和有机物的合成。
在这两个过程中都有电子传递的参与者。
在光反应中，参与电子传递的主要物质是叶绿体中的两个色素分子——叶绿素a和叶绿素b。
这两种色素分子通过吸收光能，将电子从一个能级跃升到另一个更高的能级。
当叶绿素a分子吸收到光子后，电子被激发到一个较高的能级，同时分子中的一个重要的官能团——镁离子得到了激发。
激发后的镁离子会和其他叶绿素a分子中的电子一起形成一个激发态电子对，即光合作用中所说的激发态中心。
随着光子的吸收，激发态中心中的电子会不断地从一个叶绿素分子跃迁到另一个叶绿素分子，形成电子传递链。
在电子传递链中，电子从一个叶绿素分子跃迁到另一个分子时，会释放出能量。
这些能量被利用来驱动ATP合成酶进行ATP的合成。
在电子传递链的末端，电子最终被输送给另一种参与电子传递的分子：辅酶NADP。
在这个过程中，NADP分子接受了两个电子和一个质子，形成了NADPH分子。
这就是光反应过程中电子传递的全部内容。
在暗反应中，植物将光反应所生成的ATP和NADPH等化学能利用起来，来完成CO2的固定和有机物的合成。
在这个过程中，电子传递的主要参与者是NADPH和另一种物质——二磷酸甘油。
在暗反应中，NADPH会将它带有的电子和氢离子释放出来，并与二磷酸甘油反应，最终形成一个重要的有机物——葡萄糖。
电子传递过程中，NADPH的电子会被释放到亲电性较高的原子中，如氧或过氧化氢酶中的原子。
这样一来，电子会和氧或过氧化氢酶中的另一个电子结合，形成一个氧化剂，最终将电子转移给葡萄糖，与葡萄糖完成还原反应，形成葡萄糖分子。
植物生理学习题大全——第3章植物的光合作用
植物⽣理学习题⼤全——第3章植物的光合作⽤第三章光合作⽤⼀. 名词解释光合作⽤(photosynthesis)：绿⾊植物吸收阳光的能量，同化⼆氧化碳和⽔，制造有机物质并释放氧⽓的过程。
光合⾊素(photosynthetic pigment)：植物体内含有的具有吸收光能并将其光合作⽤的⾊素，包括叶绿素、类胡萝⼘素、藻胆素等。
吸收光谱(absorption spectrum)：反映某种物质吸收光波的光谱。
荧光现象(fluorescence phenomenon)：叶绿素溶液在透射光下呈绿⾊，在反射光下呈红⾊，这种现象称为荧光现象。
磷光现象(phosphorescence phenomenon)：当去掉光源后，叶绿素溶液还能继续辐射出极微弱的红光，它是由三线态回到基态时所产⽣的光。
这种发光现象称为磷光现象。
光合作⽤单位(photosynthetic unit)：结合在类囊体膜上，能进⾏光合作⽤的最⼩结构单位。
作⽤中⼼⾊素(reaction center pigment)：指具有光化学活性的少数特殊状态的叶绿素a分⼦。
聚光⾊素(light harvesting pigment )：指没有光化学活性，只能吸收光能并将其传递给作⽤中⼼⾊素的⾊素分⼦。
原初反应(primary reaction)：包括光能的吸收、传递以及光能向电能的转变，即由光所引起的氧化还原过程。
光反应(light reactio)：光合作⽤中需要光的反应过程，是⼀系列光化学反应过程，包括⽔的光解、电⼦传递及同化⼒的形成。
暗反应(dark reaction)：指光合作⽤中不需要光的反应过程，是⼀系列酶促反应过程，包括CO2的固定、还原及碳⽔化合物的形成。
光系统(photosystem，PS)：由不同的中⼼⾊素和⼀些天线⾊素、电⼦供体和电⼦受体组成的蛋⽩⾊素复合体，其中PS Ⅰ的中⼼⾊素为叶绿素a P700，PS Ⅱ的中⼼⾊素为叶绿素a P680。
第三章--光合作用习题及答案
第三章--光合作⽤习题及答案第三章光合作⽤⼀、名词解释1. 光合作⽤2. 光合强速率3. 原初反应4. 光合电⼦传递链5. PQ穿梭6. 同化⼒7. 光呼吸8. 荧光现象9. 磷光现象10. 光饱和点11. 光饱和现象12. 光补偿点13. 光能利⽤率14. ⼆氧化碳饱和点15. ⼆氧化碳补偿点16. 光合作⽤单位17. 作⽤中⼼⾊素18. 聚光⾊素19. 希尔反应20. 光合磷酸化21. 光系统22. 红降现象23. 双增益效应24. C3植物25. C4植物26. 量⼦产额27. 量⼦需要量28. 光合作⽤‘午睡’现象三、填空题1. 光合⾊素按照功能不同分类为和。
2. 光合作⽤的最终电⼦供体是，最终电⼦受体是。
3. 光合作⽤C3途径CO2的受体是，C4途径的CO2的受体是。
4. 光合作⽤单位由和两⼤部分构成。
5. PSI的原初电⼦供体是，原处电⼦受体是。
6. PSII的原初电⼦受体是，最终电⼦供体是。
7. 光合放氧蛋⽩质复合体⼜称为，有种存在状态。
8. C3植物的卡尔⽂循环在叶⽚的细胞中进⾏，C4植物的C3途径是在叶⽚的细胞中进⾏。
9. 在卡尔⽂循环中，每形成1摩尔六碳糖需要摩尔ATP，摩尔NADPH+H+。
10. 影响光合作⽤的外部因素有、、、和。
11. 光合作⽤的三⼤步聚包括、和。
12. 光合作⽤的⾊素有、和。
13. 光合作⽤的光反应在叶绿体的中进⾏，⽽暗反应是在进⾏。
14. 叶绿素溶液在透射光下呈⾊，在反射光下呈⾊。
15. 光合作⽤属于氧化还原反应，其中中被氧化的物质是，被还原的物质时是。
16. 类胡萝⼘素吸收光谱最强吸收区在，它不仅可以吸收传递光能，还具有的作⽤。
17. 叶绿素吸收光谱有光区和光区两个最强吸收区。
18. 光合作⽤CO2同化过程包括、、三个⼤的步骤。
19.根据光合途径不同，可将植物分为、、三种类别。
20. 尔⽂循环按反应性质不同，可分为、、三个阶段。
21. 在光合作⽤中，合成淀粉的场所是，合成蔗糖的场所是。
第三章 光合作用--光反应-电子传递
PSⅡ复合体
PSⅠ复合体
Cytb6/f复合体
质蓝素
铁氧化蛋白和 铁氧化蛋白— NADP+还原酶
质醌(PQ)
②质醌(PQ) （Plastoquinone）
质体醌为脂溶性分子，能在类囊体膜中自由移动，转运电子与质子。 质体醌在膜中含量很高，约为叶绿素分子数的5%～10%，故有“PQ库” 之称。 PQ库作为电子、质子的缓冲库，能均衡两个光系统间的电子传递
光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ，PSⅡ)
吸收短波红光（680nm）
光系统Ⅰ(PhotosystemⅠ，PSⅠ)
吸收长波红光（700nm)
光系统 II（PSⅡ）
D P A
PSⅡ的原初电子供体 反应中心色素 PSⅡ的原初电子受体 次级电子受体
H2 O P680
去镁叶绿素分子(Pheo)
Q(质体醌)
若干个β-胡萝卜素
三种电子载体分别为A0、A1
3个不同的Fe4-S4蛋白：Fx、FA、FB
⑤PSⅠ复合体功能：
吸收光能，进行光化学反应，传递电子从PC到NADP+
PSⅠ复合体 Cytb6/f复合体
DPA
反应中心色素分子(reaction center piment，P) 原初电子受体(primary electron acceptor，A)
原初电子受体(D)
指直接接收反应中心色素分子传来电子的电子传递体
反应中心色素分子(P680和P700)
是光化学反应中最先向原初电子受体供给电子的，因此 反应中心色素分子又称原初电子供体
蕴含的意义
第三节 原初反应 (Primary reaction)
指从光合色素分子被光激发到引起第一个光化学反应为止的 过程。包括光能的吸收、传递与光化学反应.
植物生理学-第三章_植物的光合作用
[H], 酶 （CH2O） ATP
ADP+Pi
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。
返回
光合作用的过程
H 2O
光解 光能 吸收
色素分子
O2
2C3
酶
[H]
ATP
还
固
CO2
供能
多种酶 定 C5
原
（CH2O）
酶
酶
ADP+Pi
暗反应阶段
CO2的固定: CO2+C5 C3化合物还原：2 C3
6
光反应阶段
水的光解：H2O
光解
2[H]+1/2 O2
酶
酶
2C3
光合磷酸化：ADP+Pi＋能量
ATP
Chl（基态）+hυ
10－15s
Chl*
（ 激发态）
图8 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图 各能态之间因分子内振动和转动还表现出若干能级。
叶绿素分子受光激发后的能级变化
叶绿素： 红光区 : 被红光激 发，电子跃迁到 能量较低的第一 单线态 蓝光区 : 被蓝光激 发，电子跃迁到 第二单线态。 配对电子的自旋 方向：单线态； 三线态；第一单 图8 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图 虚 线 态 ； 第 二 单 线 线表示吸收光子后所产生的电子跃迁或发光， 态 实线表示能量的释放， 半箭头表示电子自旋方向
CO２+2H２O*
光 叶绿体
(CH２O)+ O2*+ H２O
第三章植物的光合作用
第三章植物的光合作用一、名词解释1. 光合作用2. 荧光现象3. 原初反应4. 同化力5. Hill 反应6. 红降现象7. 爱默生效应8. PQ 穿梭9. 聚光（天线）色素10. 光合磷酸化11. C3植物12. C4植物13. 光呼吸14. 温室效应15. 光饱和点16. 光补偿点17. 代谢源18. 代谢库二、填空题1. 根据功能的不同叶绿体色素可以分为 ______________ 和 _____________ 两大类。
2. 叶绿素从第一单线态回到基态所放出的光称为 _________ ，从第一三线态回到基态所放出的光称为 ________ 。
3.C3植物、C4植物和CAM 植物所共有的CO2受体是 ___________ 。
4.PSI 为 ______ 波光反应，其主要特征是 ______ 。
5. 维持植物正常的生长所需的最低日照强度应 ______ 于光补偿点。
6. 叶绿体色素吸收光能后，其光能主要以_____ 方式在色素分子之间传递。
在传递过程中，其波长逐渐_____ ，能量逐渐 _____。
7. 植物体内的有机物是通过 ______ 进行长距离运输的，其中含量最高的有机物是______ 。
8.______ 现象和 ______ 证明了光合作用可能包括两个光系统。
9.PSII ______ 波光反应，其主要特征是 ______ 。
10. 影响韧皮部运输的主要环境因素是_____ 和_____ （举主要 2 种）。
11.CAM 植物，夜间其液泡的 pH_____ ，这是由于积累了大量 _____引起的。
12.PSI 中，电子的原初供体是_____ ，电子原初受体是_____ 。
13. 在光合链中，电子的最终供体是_____ ，电子最终受体是_____ 。
14. 光合链上的 PC ，中文叫_____ ，它是通过元素_____ 的变价来传递电子的。
15. 筛管汁液中，阳离子以_____ 最多，阴离子以_____ 为主。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1. 反应中心(reaction center) D1PA1
光化学反应是在光系统的反应中心进行的。 反应中心是发生原初反应的最小单位，是指在叶绿体中进 行光化学反应的最基本的色素蛋白复合体。
DPA
原初电子供体 (primary electron donor，D) 反应中心色素分子(reaction center piment，P) 原初电子受体(primary electron acceptor，A)
➢ 一个色素分子吸收光能被激发后，其中高能 电子的振动会引起附近另一个分子中某个电 子的振动(共振)，依靠电子振动在分子间传 递能量的方式就称为“共振传递”。
通过上述色素分子间的能量传递，聚光色素吸收的光能会 很快到达并激发反应中心色素分子，启动光化学反应。
光合作用过程中能量运转的基本概念
聚光系统到反应中心能量传递呈漏斗状
Chl（基态）+hυ 10－15S
Chl*（激发态）
每个分子可吸收一个光子，被吸收的光子只能激发1个电子
(二)激发态的命运
1.放热
激发态的叶绿素分子在 能级降低时以热的形式释 放能量，此过程又称内转 换或无辐射退激。
(二)激发态的命运
2. 发射荧光与磷光
磷光(phosphorescence) 处在三线态的叶绿素分子 回至基态时所发出的光
101－102
反应部位 PSⅠ、PSⅡ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
原初反应学习导图—讲故事
故事名称
故事概况
发生时间
发生地点
光合
故事主角
蕴含的意义
第三节 原初反应 (Primary reaction)
指从光合色素分子被光激发到引起第一个光化学反应为止的 过程。包括光能的吸收、传递与光化学反应.
荧光(fluorescence)
处在第一单线态的叶绿素分 子回至基态时所发出的光
荧光
3.色素分子间的能量传递
激发态的色素分子把激发能传递给处于基态的同种或 异种分子而返回基态的过程.
一般认为，色素分子间激发能不是靠分子间的碰撞 传递的，也不是靠分子间电荷转移传递的，可能是 通过“激子传递”或“共振传递”方式传递的。
原初电子受体(D)
指直接接收反应中心色素分子传来电子的电子传递体
反应中心色素分子(P680和 P700)
是光化学反应中最先向原初电子受体供给电子的，因此 反应中心色素分子又称原初电子供体
两个光系统的发现
“红降”现象
波长大于680 nm（用685 nm）的光照射时，小球藻的光合 量子产额明显下降，被称为“红降”现象.
原初反应的特点
(1)反应速度极快，在10-12～10-9s内完成。 (2)与温度无关。 (3)由于速度快，散失的能量少，所以其量子效率接近1。
量子效率（quantum efficeintcy）又称量子产额 光合作用中吸收一个光量子后，所能放出的O2分子数或 能固定的CO2的分子数。
原初反应的步骤
一、光能的吸收、传递 聚光色素
光合作用 Photosynthesis
光 合 作
！用
的 机 制
第一节 光合作用的概念 第二节 叶绿体和光合色素 第三节 原初反应 第四节 电子传递和光合磷酸化 第五节 碳同化 第六节 蔗糖和淀粉的合成 第七节 影响光合作用的因素
光合机理 解决问题？
光合作用包括的主要环节？ 光能如何吸收和转换？ O2从哪里来？ CO2同化在什么地方完成？形成了哪些产物？
①原初反应 光 反 应
②电子传递和 光合磷酸化
暗 反 ③碳同化 应
太阳的辐射能
光合作用 能量转变
化学能
光合作用分为三个阶段
①光能的吸收、传递和转换电能－原初反应 ②电能转变为活跃的化学能－电子传递和光合磷酸化 ③活跃的化学能转变为稳定的化学能－碳同化
光反应和暗反应
光反应 在光下进行的光能 吸收、传递与转换。包括原 初反应、光合电子传递与光合磷酸化。
光合学习导图—讲故事
故事名称
故事概况 发生时间
发生地点
光合
故事主角
蕴含的意义
探究—光合作用过程
光强Biblioteka 光20世纪 英国 Blackman 德国 O. Warburg
温度 CO2浓度
?
合 作 用
弱光 光强
光合效率
光强已增 至一定值
光强 温度 CO2浓度
光合效率 不再增加
光合效率
光合作用的机制 Mechanism of photosynthesis
暗反应 不一定直接要光的一系列酶促进反应，但目前已 知许多酶要光活化。
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)10-15－10-9 1010－104 100－101
双光增益效应
用波长较短的橙红光（650-670 nm）与长波红光同时照射，光 合量子产额比分别用二种单色光 照射的总和要高，这种效应称双 光增益效应或爱默生效应。
2. PSⅠ和PSⅡ的光化学反应
光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ，PSⅡ)
吸收短波红光（680nm）
光系统Ⅰ(PhotosystemⅠ，PSⅠ)
问题？
光合作用包括的主要环节？ 光能如何转换？ O2从哪里来？ CO2同化在什么地方完成？形成了哪些产物？
二、光化学反应
由光引起的反应中心色素分子与原初电子 受体间的氧化还原反应。
光能通过反应中心色素转变为电能。
Hv
D1PA1
D1P*A1
D1P+A1
1. 反应中心
2. PSⅠ和PSⅡ
D+1PA1-
二、光化学反应
反应中心色素—反应中心
一、光能的吸收与传递：
(一) 激发态的形成
➢通常色素分子是处于能量的最低状态─基态(ground state) 。 色素分子吸收了一个光子后，会引起原子结构内电子的重新 排列。
➢其中一个低能的电子获得能量后就可克服原子核正电荷对 其的吸引力而被推进到高能的激发态(excited state) 。
3.色素分子间的能量传递
激发态的色素分子把激发能传递给处于基 态的同种或异种分子而返回基态的过程.
激子传递(exciton transfer)
➢ 激子通常是指非金属晶体中由电子激发的量子， 它能转移能量但不能转移电荷。在相同分子内依 靠激子传递来转移能量的方式称为激子传递。
共振传递(resonance transfer)