第三章 植物的光合作用 本章重点和难点: 1.光合电子传递与光合磷酸 .DOC

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第三章 植物的光合作用 本章重点和难点: 1.光合电子传递与光合磷酸

植物的光合作用 本章重点和难点: ????1.光合电子传递与光合磷酸化; ????2.C3、C4途径的异同点; ????3.光合产物运输机理; ????自养生物吸收二氧化碳转变成有机物的过程叫碳素同化作用(carbon assimilation)。 ????不能进行碳素同化作用的生物称之为异养生物,如动物、某些微生物和极少数高等植物。 ????碳素同化作用三种类型:细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用。其中以绿色植物光合作用最为广泛,合成有机物最多,与人类的关系也最密切,因此,本章重点介绍绿色植物的光合作用。 ????光合作用(photosynthesis)是指绿色植物吸收光能,同化二氧化碳和水,制造有机物质并释放氧气的过程。 ????光合作用的最简式: ????CO2+H2O→(CH2O)+O2 ????S.Ruben和M.D.Kamen(1941,美国)通过18O2和C18O2同位素标记实验,证明光合作用中释放的O2来自于H2O。为了把CO2中的氧和H2O中的氧在形式上加以区别,用下式作为光合作用的总反应式: ???? CO2 + 2H2O* → (CH2O) + O*2 +H2O ???? 至此,人们已清楚地知道光合作用的反应物和生成物,由于植物体内含水量高,变化较大,一般不用含水量的变化来衡量植物的光合速率。而根据光合产物或者释放O2或吸收CO2的量计算光合速率。例如,用改良半叶法测定有机物质的积累,用红外线CO2气体分析仪法测定CO2的变化,用氧电极测定O2的变化等。 ????光合作用的意义: ????1.将机物转变成有机物。地球上的自养植物一年同化的碳素约为2×1011吨,其中60%是由陆生植物同化的,余下的40%是由浮游植物同化的; ????2.将光能转变成化学能。绿色植物每年同化碳所储藏的总能量约为全球能源消耗总量的10倍。人类所利用的能源,如煤炭、天然气、木材等都是现在或过去的植物通过光合作用形成的。光合作用是一个巨型能量转换站。 ????3.维持大气O2和CO2的相对平衡。绿色植物在吸收CO2的同时每年释放O2量约5.35×1011吨,使大气中O2能维持在21%左右。 ????因此,探讨光合作用的规律和机理,对于有效利用太阳能,更好地为人类服务,具有重大的理论和实际意义。 ???? ????3.1 光合色素 ???? ????光合色素主要有三类:叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素。高等植物叶绿体中含有前两类,藻胆素仅存在于藻类。 ????3.1.1光合色素的结构与性质 ????3.1.1.1 叶绿素(chlorophyll ,chl) ????不溶于水,溶于有机溶剂,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。通常用80%的丙酮或丙酮:乙醇:水(4.5:4.5:1)的混合液来提取叶绿素。容易降解。 ???? ????叶绿素是叶绿酸的酯,能发生皂化反应。叶绿酸是双羧酸,其中一个羧基被甲醇酯化,另一个被叶醇酯化。 ????叶绿素a与b很相似,不同之处仅在于叶绿素a第二个吡咯环上的一个甲基(-CH3)被醛基(-CHO)所取代,即为叶绿素b。 ????叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇(植醇,phytol)的“尾巴”。卟啉环由四个吡咯环以四个甲烯基(-CH=)连接而成。镁原子居于卟啉环的中央,带正电性,与其相联的氮原子则偏向于带负电性,因而卟啉具有极性,是亲水的,可以与蛋白质结合。另外还有一个含羰基和羧基的同素环,羧基以酯键和甲醇结合。环Ⅳ上的丙酸基侧链以酯键与叶醇相结合。叶醇是由四个异戊二烯单位组成的双萜,是一个亲脂的脂肪链,它决定了叶绿素的脂溶性。 ????卟啉环上的共轭双键和中央镁原子易被光激发而引起电子得失,从而使叶绿素具有特殊的光化学性质。叶绿素仅以电子传递(即电子得失引起的氧化还原)及共轭传递(直接能量传递)的方式参与能量的传递,而不进行氢的传递。 ????叶绿素→去镁叶绿素→铜代叶绿素(稳定而不易降解,常用醋酸铜处理来保存绿色植物标本)。 ????3.1.1.2 类胡萝卜素(carotenoid) ????类胡萝卜素不溶于水而溶于有机溶剂。是一类由八个异戊二烯单位组成的40C不饱和烯烃(图3-1b)。比较稳定。 ????类胡萝卜素有两种类型:胡萝卜素(carotene),呈橙黄色,主要有α、β、γ三种异构体。有些真核藻类中还有ε-异构体。 ????β-胡萝卜素在动物体内水解后可转化为维生素A(Vitamin A),能预防和治疗动物的夜盲症。 ????叶黄素(lutein),呈黄色,是由胡萝卜素衍生的醇类。 ????一般情况下,叶绿素/类胡萝卜素≈3:1,所以正常的叶片呈绿色。叶绿素易降解,秋天叶片呈黄色。 ????全部的叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中,以非共价键与蛋白质结合组成色素蛋白复合体(

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