光合作用
编辑:chenghuijun 成考报名 发布时间：08-15 阅读：
光合作用(1)
化学方程式CO2+H2O→(CH2O)+O2(反应条件：光能和叶绿体)6H2O+6CO2+阳光→C6H12O6(葡萄糖)+6O2(与叶绿素产生化学作用)(化学反应式12H2O+6CO2→C6H12O6(葡萄糖)+6O2+6H2O箭头上标的条件是：酶和光照，下面是叶绿体)H2O→2H++2e-+1/2O2(水的光解)NADP++2e-+H+→NADPH(递氢)ADP+Pi+能量→ATP(递能)CO2+C5化合物→2C3化合物(二氧化碳的固定)2C3化合物+4NADPH→C5糖(有机物的生成或称为C3的还原)C3(一部分)→C5化合物(C3再生C5)C3(一部分)→储能物质(如葡萄糖、蔗糖、淀粉，有的还生成脂肪)ATP→ADP+Pi+能量(耗能)C3：某些3碳化合物C5：某些5碳化合物能量转化过程：光能→电能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能注：因为反应中心吸收了特定波长的光后，叶绿素a激发出了一个电子，而旁边的酵素使水裂解成氢离子和氧原子，多余的电子去补叶绿素a分子上缺的。产生ATP与NADPH分子，这个过程称为电子传递链(Electron Transport Chain)电子传递链分为循环和非循环。非循环电子传递链从光系统2出发，会裂解水，释放出氧气，生产ATP与NADPH.循环电子传递链不会产生氧气，因为电子来源并非裂解水。最后会生成ATP.可见，从叶绿素a吸收光能开始，就发生了电子的移动，形成了电子传递链，有了电子传递链，才能使得ATP合成酶将ADP和磷酸合成ATP。因此，它的能量转化过程为：光能→电能→不稳定的化学能(能量储存在ATP的高能磷酸键)→稳定的化学能(淀粉等糖类的合成)注意：光反应只有在光照条件下进行，而只要在满足碳反应条件的情况下碳反应都可以进行。也就是说碳反应不一定要在黑暗条件下进行。注意事项12H2O+6CO2+阳光→(与叶绿素产生化学作用)C6H12O6(葡萄糖)+6O2+6H2O上式中等号两边的水不能抵消，虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电子和氢离子。而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，人们更习惯在等号左右两边都写上水分子。有时会在CO2和右边的H2O的氧原子上打星号，表示右边的水分子的氧原子来自二氧化碳。(是由同位素追踪法得来)反应阶段光合作用可分为光反应和碳反应(旧称暗反应)两个阶段。光反应条件：光照、光合色素、光反应酶。场所：叶绿体的类囊体薄膜。(蓝细菌等微生物的反应场所在细胞膜)(色素所在地)光合作用的反应：(原料)光(产物)水→氧气(光和叶绿体是条件)+能量(储存在ATP中)+还原氢(NADPH)叶绿体过程：①水的光解：2H2O→4[H]+O2(在光和叶绿体中的色素的催化下)。②ATP的合成：ADP+Pi+能量→ATP(在酶的催化下)。影响因素：光照强度、CO2浓度、水分供给、温度、酸碱度、矿质元素等。意义：①光解水，产生氧气。②将光能转变成活跃的化学能，储存在ATP中，为碳反应提供能量。③利用水光解的产物氢离子，合成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，为碳反应提供还原剂NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。碳反应条件：多种酶。场所：叶绿体基质。过程：①碳的固定：C5+CO2→2C3(在酶的催化下)②C3+[H]→(CH2O)+C5(在ATP供能和酶的催化下)影响因素：温度、CO2浓度光反应和碳反应比较①联系：光反应和碳反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是碳反应的基础，光反应阶段为碳反应阶段提供能量(ATP、NADPH)和还原剂(NADPH)，碳反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料。②区别：(见下表)
光合作用(2)
项目光反应碳反应(暗反应)实质光能→化学能，释放O2同化CO2形成(CH2O)(酶促反应)时间短促，以微秒计较缓慢条件需色素、光、ADP、和酶不需色素和光，需多种酶场所在叶绿体内囊状结构薄膜上进行在叶绿体基质中进行物质转化2H2O→4[H]+O2↑(在光和叶绿体中的色素的催化下)ADP+Pi→ATP(在酶的催化下)CO2+C5→2C3(在酶的催化下)C3+【H】→(CH2O)+C5(在ATP供能和酶的催化下)能量转化叶绿素把光能先转化为电能再转化为活跃的化学能并储存在ATP中ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能
光合作用(3)
电子传递链组分集光复合体由大约200个叶绿素分子和一些肽链构成。大部分色素分子起捕获光能的作用，并将光能以诱导共振方式传递到反应中心色素。因此这些色素被称为天线色素。叶绿体中全部叶绿素b和大部分叶绿素a都是天线色素。另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用，叫做辅助色素。光系统Ⅰ(PSI)能被波长700nm的光激发，又称P700。包含多条肽链，位于基粒与基质接触区的基质类囊体膜中。由集光复合体Ⅰ和作用中心构成。结合100个左右叶绿素分子、除了几个特殊的叶绿素为中心色素外，其它叶绿素都是天线色素。三种电子载体分别为A0(一个chla分子)、A1(为维生素K1)及3个不同的4Fe-4S。光系统Ⅱ(PSⅡ)吸收高峰为波长680nm处，又称P680。至少包括12条多肽链。位于基粒与基质非接触区域的类囊体膜上。包括一个集光复合体(light-havesting comnplex Ⅱ，LHC Ⅱ)、一个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体(oxygen evolving complex)。D1和D2为两条核心肽链，结合中心色素P680、去镁叶绿素(pheophytin)及质体醌(plastoquinone)。细胞色素b6/f复合体可能以二聚体形式存在，每个单体含有四个不同的亚基。细胞色素b6(b563)、细胞色素f、铁硫蛋白、以及亚基Ⅳ(被认为是质体醌的结合蛋白)。非循环电子传递链非循环电子传递链过程大致如下：电子从光系统2出发。光系统2→初级接受者(Primary acceptor)→质体醌(Pq)→细胞色素复合体(Cytochrome Complex)→质体蓝素(含铜蛋白质，Pc)→光系统1→初级接受者→铁氧化还原蛋白(Fd)→NADP+还原酶(NADP+ reductase)非循环电子传递链从光系统2出发，会裂解水，释出氧气，生产ATP与NADPH。循环电子传递链循环电子传递链的过程如下：电子从光系统1出发。光系统1→初级接受者(Primary acceptor)→铁氧化还原蛋白(Fd)→细胞色素复合体(Cytochrome Complex)→质粒蓝素(含铜蛋白质)(Pc)→光系统1循环电子传递链不会产生氧气，因为电子来源并非裂解水。最后会生产出ATP。非循环电子传递链中，细胞色素复合体会将氢离子打到类囊体(Thylakoid)里面。高浓度的氢离子会顺着高浓度往低浓度的地方流这个趋势，像类囊体外扩散。但是类囊体膜是双层磷脂膜(Phospholipid dilayer)，对于氢离子移动的阻隔很大，它只能通过一种叫做ATP合成酶(ATP Synthase)的通道往外走。途中正似水坝里的水一般，释放它的位能。经过ATP合成酶时会提供能量、改变它的形状，使得ATP合成酶将ADP和磷酸合成ATP。NADPH的合成没有如此戏剧化，就是把送来的电子与原本存在于基质内的氢离子与NADP+合成而已。值得注意的是，光合作用中消耗的ATP比NADPH要多得多，因此当ATP不足时，相对来说会造成NADPH的累积，会刺激循环式电子流之进行。
光合磷酸化P680接受能量后，由基态变为激发态(P680*)，然后将电子传递给去镁叶绿素(原初电子受体)，P680*带正电荷，从原初电子供体Z(反应中心D1蛋白上的一个酪氨酸侧链)得到电子而还原;Z+再从放氧复合体上获取电子;氧化态的放氧复合体从水中获取电子，使水光解。2H2O→O2+2(2H+)+4e-在另一个方向上去镁叶绿素将电子传给D2上结合的QA，QA又迅速将电子传给D1上的QB，还原型的质体醌从光系统Ⅱ复合体上游离下来，另一个氧化态的质体醌占据其位置形成新的QB。质体醌将电子传给细胞色素b6/f复合体，同时将质子由基质转移到类囊体腔。电子接着传递给位于类囊体腔一侧的含铜蛋白质体蓝素(plastocyanin，PC)中的Cu2+，再将电子传递到光系统Ⅱ。P700被光能激发后释放出来的高能电子沿着A0→A1→4Fe-4S的方向依次传递，由类囊体腔一侧传向类囊体基质一侧的铁氧还蛋白(ferredoxin，FD)。最后在铁氧还蛋白-NADP还原酶的作用下，将电子传给NADP+，形成NADPH。失去电子的P700从PC处获取电子而还原。以上电子呈Z形传递的过程称为非循环式光合磷酸化，当植物在缺乏NADP+时，电子在光系统内Ⅰ流动，只合成ATP，不产生NADPH，称为循环式光合磷酸化。一对电子从P680经P700传至NADP+，在类囊体腔中增加4个H+，2个来源于H2O光解，2个由PQ从基质转移而来，在基质外一个H+又被用于还原NADP+，所以类囊体腔内有较高的H+(pH≈5，基质pH≈8)，形成质子动力势，H+经ATP合酶，渗入基质、推动ADP和Pi结合形成ATP。ATP合酶，即CF1-F0偶联因子，结构类似于线粒体ATP合酶。CF1同样由5种亚基组成α3β3γδε的结构。CF0嵌在膜中，由4种亚基构成，是质子通过类囊体膜的通道。