6碳循环.-吉林大学课程中心.ppt

* Cabonate 碳酸盐 Methane 甲烷 沼气 * 三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate）是一种核苷酸，作为細胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能。ATP在核酸合成中也具有重要作用。 NADPH是一种辅酶，叫还原型辅酶Ⅱ，学名烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸，亦写作[H]。在很多生物体内的化学反应中起递氢体的作用，具有重要的意义。 * * * * * 在20世纪50年代地球化学家首先发现的不同植物种间碳同位素组成的存在差异。 * 为什么C稳定同位素在大气与植物之间、植物与人体之间不同？体内富集？ * * 例如大气中的二氧化碳参与光合作用被转化为糖，在不同的植物中，反应过程不同，产物就具有不同的同位素组成。 * * r代表反应物，p代表产物，对植物来说，r就是代表大气，p代表植物 * * 大气CO2经气孔向叶内的扩散过程、CO2 在叶中的溶解过程,以及羧化酶对CO2的同化过程,均存在显著的碳同位素效应(Farquhar et al. , 1989) C3和C4植物中稳定同位素的区别 CAM途径(景天科酸代谢途径) 指生长在热带及亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物（最早发现在景天科植物）所具有的一种光合固定二氧化碳的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。在其所处的自然条件下，气孔白天关闭，夜晚张开。它们具有此途径，既维持水分平衡，又能同化二氧化碳。 景天科植物的 CO2捕获和同化在时间上是分开的 CAM Plants ：特别热,特别干旱的环境 相对低温潮湿的夜晚，气孔打开：CO2进入固定为草酰乙酸?苹果酸，储存于液泡中；--捕获 白天，气孔关闭(减少水份蒸发)：CO2 被苹果酸酶释放，然后被核酮糖1,5二磷酸羧化酶和卡尔文循环的其它酶固定同化。---同化 C稳定同位素研究历史 C稳定同位素研究历史 C稳定同位素研究历史 上述研究表明碳同位素组成可以用于区分植物的C3和C4光合途径，进而区分C3、C4类植物在人类饮食中组成。 C3植物的由-20‰～-35‰(平均为-26‰) C4植物由-7‰ ～-15‰(平均为-13‰) CAM植物由-10‰～- 22‰(平均为-16‰) C稳定同位素研究历史 主要经济作物 分析原理 C3 -20~-35‰ 平均-26 ‰ C4 -7~-15‰ 平均-13 ‰ CAM -10~-22‰ 平均-16 ‰ X =C4的比例（%） 食物结构分析公式 问题 假设测得某古人的δ13C数值为-10‰，那么他所食用的C4植物比例占多少？ 回顾 13C与人类饮食结构分析的基本原理 人类食物C3和C4植物的δ13C不同,进入人体后数值也不同，可以区分人类饮食结构。 C3和C4的不同在于： 光合作用CO2进入植物的途径不同 ①光反应----捕捉光能----生成ATP和NADPH ②暗反应-----CO2羧化进入细胞—同化—糖类 三种C3、C4、CAM同化途途径. 同位素效应( Isotope effect) 自然界有7种碳同位素（10C、11C、12C、13C、14C、15C、16C），其中12C、13C是稳定同位素，没有明显的化学性质差别，但其物理化学性质(如在气相中的传导率、分子键能、生化合成和分解速率等)因质量上的不同常有微小的差异,导致了物质反应前后在同位素组成上有明显的差异。这种现象称作同位素效应(Isotope effect)。 同位素效应主要有两种表示方法: 1）同位素分馏(Isotope fractionation) 2）同位素判别(Isotope discrimination,Δ) 两个概念 “同位素分馏”是指某一反应中底物的同位素组成受到改变，使产物具有不同的同位素组成； 底物：为参与生化反应的物质，可为化学元素、分子或化合物，经酶作用可形成产物。 “同位素判别”是指某一反应过程或某催化剂对重同位素有识别和排斥的作用，致使产物的重同位素含量减少的现象。 同位素分馏指的是反应物同位素组成改变的效果，而同位素判别指的是造成同位素组成改变的一种过程或原因。 在碳的有机循环中，轻同位素容易摄入有机质（例如烃、石油中富含12C）中。 在碳的无机循环中，重同位素倾向于富集在无机盐（例如碳酸盐富含13C）中。 二种碳循环都与大气CO2有密切关系，也是自然界中碳同位素分馏两个最重要的过程。 碳同位素分馏 Fractionation factor 同位素分馏程度可用同位素分馏因子(来衡量 ,一般用α来表示。在化学研究中,α被定义为反应物与产物之间的碳同位素比值。 = (13C/12C)大气 (13C/12C)植物 大气 = 大气 － 标准品 标准品 （ ）1000