第9讲：光合作用的原初反应.ppt

第九讲：光合作用的原初反应 ;不同层次和时间上的光合作用;原初反应 是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。它包括： 光物理－光能的吸收、传递 光化学－有电子得失 原初反应特点 速度非常快，可在皮秒(ps，10－12s)与纳秒(ns，10－9s)内完成； 与温度无关，可在－196℃(77K，液氮温度)或－271℃(2K，液氦温度)下进行； 量子效率接近1 由于速度快，散失的能量少，所以其量子效率接近1 。; 反应中心色素：少数特殊状态的chl a分子，它具有光化学活性，是光能的“捕捉器”、“转换器”。 聚光色素（天线色素）：没有光化学活性，只有收集光能的作用，包括大部分chla 和全部chlb、胡萝卜素、叶黄素。;一、光能的吸收与传递;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;图8 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图 虚线表示吸收光子后所产生的电子跃迁或发光， 实线表示能量的释放， 半箭头表示电子自旋方向 ; (二)激发态的命运;Chl* → Chl+热 Chl* → ChlT +热 ChlT → Chl+热 这些都是无辐射退激。 另外吸收蓝光处于第二单线态的叶绿素分子，其具有的能量虽远大于第一单线态的叶绿素分子。但超过部分对光合作用是无用的，在极短的时间内叶绿素分子要从第二单线态降至第一单线态，多余的能量在降级过程中也是以热能释放。 由于叶绿素是以第一单线态参加光合作用的。所以一个蓝光光子所引起的光合作用与一个红光光子所引起的光合作用是相同的，在能量利用上蓝光没有红光高。;2. 发射荧光与磷光 ;由于叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗在分子内部的振动上，且荧光又总是从第一单线态的最低振动能级辐射的，辐射出的光能必定低于吸收的光能，因此叶绿素的荧光的波长总要比被吸收的波长长些。 对提取的叶绿体色素浓溶液照光，在与入射光垂直的方向上可观察到呈暗红色的荧光。;;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称为色素分子间能量的传递。 Chl*1＋ Chl2 Chl1＋Chl*2 供体分子 受体分子;激子传递;共振传递;图 光合作用过程中能量运转的基本概念 许多色素集中在一起作为天线色素，收集光能转运到反应中心。在反应中心化学反应通过从叶绿素色素到电子受体分子的电子转运过程存储一些能量， 电子供体再次还原叶绿素能量。 在集光色素中的传递是单纯的物理现象不涉及参与任何化学变化。;图 聚光系统到反应中心能量激发呈漏斗状 （A）光合色素距离反应中心越远，其激发态能就越高，这样就保证了能量向反应中心的传递。 （B）尽管在这个过程中一部分能量以热的形式向环境中耗损散，但是在适当的条件下聚光色素复合体吸收的激发态能量都可以传送到反应中心。星号表示激态。 ;二、光化学反应;;2.光化学反应;;(二)PSⅠ和PSⅡ的光化学反应;;光合作用的两个光系统和电子传递方案 吸收红光的光系统Ⅱ（PSⅡ）产生强氧化剂和弱还原剂。吸收远红光的光系统Ι（PSΙ）产生弱氧化剂和强还原剂。PSⅡ产生的强氧化剂氧化水，同时，PSΙ产生的强还原剂还原NADP+。 ;PSⅠ和PSⅡ的光化学反应;;