植物光合作用暗反應中CC和CAM途径在古代食谱分析中的应用.pptVIP

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植物光合作用暗反應中CC和CAM途径在古代食谱分析中的应用

植物光合作用暗反应中C3、C4和CAM途径在古代食谱分析中的应用;1.光合作用的概念:植物是通过光合作用将空气中的CO2转化为植物组织。 CO2+H2O→(CH2O)+O2 2.光合作用的发生部位——叶绿体 ;3.光合作用的过程: (一)光反应—发生在类囊体 ①原初反应:指叶绿素分子被光激发引起原初光化学反应的过程,或是光能被捕光色素吸收并传递到反应中心发生电荷分离的过程。 ②电子传递链:两个光系统吸收光能引起原初反应后,电子传递形成电子流。 光系统I(PSI):在类囊体膜外侧。PSI的作用中心色素分子是P700。是长波光反应,其主要特征是NADP的还原。 光系统II(PSII):在类囊体膜内侧。PSII的作用中心色素分子是P680。是短波光反应,其主要特征是H2O的光解和放氧。 ③光合磷酸化:叶绿体在光下把无机磷和ADP转化成ATP。; (二)暗反应—实质是光合碳同化,就是CO2被??定和还原进而形成糖的过程,该过程需要的能量及还原剂来自光反应产生的ATP和NADPH(同化力)。 暗反应将这些能量转移到有机物中,CO2被还原形成糖不直接需要光。 整个植物界中存在着三种不同的光合作用途径,分别是: ①卡尔文循环(C4途径) ②哈奇途径(C4途径) ③CAM途径;植物光合作用暗反应中C3、C4和CAM途径在古代食谱分析中的应用;暗反应的各种途径;巧妙的实验设计 电泳技术和同位素示踪技术 20世纪的50年代,Melvin Calvin 单细胞光合有机体——小球藻悬液 持续的光照和CO2,使光合作用处于稳态。接着,他们在短时间内加入放射性同位素标记的CO2以标记循环的中间物。然后,将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇溶液中杀死细胞,致使酶失活。最后,使用双相纸电泳和放射自显影分离、分析循环中的中间物。;(1)羧化阶段:CO2与水形成碳酸后,再与叶绿体中原有的CO2受体1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)反应,生成两分子的 3-磷酸甘油酸(PGA) 。 ;(2)还原阶段 3-磷酸甘油酸(PGA)在ATP的参与和3-磷酸甘油酸激酶的催化下,生成1,3-二磷酸甘油酸,再经过3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化,被NADPH还原成3-磷酸甘油醛(GAP)的反应过程。 PGA + ATP + NADPH + H+ → GAP + ADP + NADP+ + Pi 3-磷酸甘油酸是一种有机酸,要达到糖的能级,必须使用同化力(ATP与NADPH)使3-磷酸甘油酸的羧基转变成3-磷酸甘油醛的醛基。当CO2被还原为3-磷酸甘油醛时,光合作用的贮能过程便基本完成。 酶:3-磷酸甘油酸激酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶;;3CO2+3H2O+3RuBP+9ATP+6NADPH——GAP+6NADP+ +9ADP+3RuBP+9Pi;②哈奇途径(C4途径):因为CO2首先固定在C4双羧酸中,所以这一过程被称作四碳双羧酸途径,简称C4途径。具有这种途径的植物被称为C4植物。 C4植物叶片在结构上有自己的特点,在叶片维管束周围有一圈含叶绿体的维管束鞘细胞,在它外围又环列着几层叶肉细胞,两层细胞之间由胞间连丝形成的通道比一般细胞之间的通道多得多。;上:C4单子叶植物(甘蔗) 下:C3单子叶(一种草) ; C4途径首先在叶肉细胞的细胞质中发生羧化作用,以磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)作为CO2接受体,在PEP羧化酶的催化下形成草酰乙酸(OAA),在草酰乙酸以后的代谢中,又可以分三种类型: A:依赖NADP的苹果酸酶的苹果酸型, 代表植物有玉米、甘蔗、高粱等; B:依赖NAD的苹果酸酶的天冬氨酸型, 代表植物有狗尾草、马齿苋等; C:具有PEP羧激酶的天冬氨酸型, 代表植物有羊草、非洲鼠尾粟等。 ; C4途径的反应过程因植物种类不同而有差异,但都包括四个阶段:羧化、还原或转氨、脱羧和底物再生。;;;C4 植物的CO2固定和核酮糖1,5二磷酸羧化酶活性在空间上是分开的;叶肉细胞: CO2捕获 维管束细胞:C3途径碳同化 ;③CAM途径(景天科酸代谢途径) 晚上气孔开启,叶肉细胞的细胞质中由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶固定CO2,形成的苹果酸贮藏于液泡,使液泡的pH降低; 白天气孔关闭,苹果酸脱羧,释放的CO2由 核酮糖1,5二磷酸羧化酶羧化。;景天科植物的 CO2捕获和核酮糖1,5二磷酸羧化酶活性在时间上是分开的;; ; C4植物: 在同一时间(白天)和不同的空间(叶肉细胞和维管束鞘细胞)完成CO2固定(C4途径)和还原(C3途径)两个过程; CAM植物: 在不同时间(黑夜和白天)和同一空间(叶肉细胞)完成上述两个过程的。

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