文档介绍：第三章植物的光合作用(8)
第一节光合作用的概念及意义
一、光合作用的概念和类型: 3种类型
1、绿色植物的光合作用: 是指绿色植物吸收光能,将CO2和H2O合成有机物质,同时释放O2的过程, 又称碳素同化作用。
CO2 + H2O (CH2O)n+ O2 ( light,chlorophyll)
2、细菌光合作用: 有些细菌能利用光能,以某些无机物或有机物为供氢体,将CO2还原成有机物的过程称细菌光合作用。
1) 紫色硫细菌/绿色硫细菌以H2S 为供氢体:
CO2 + H2S (CH2O)n +2S + H2O
光下, 紫色硫细菌/绿色硫细菌
2)紫色非硫细菌以异丙醇、脂肪酸等有机物作为氢供体:
CO2 +2CH3CHOHCH3 (CH2O)n +2CH3COCH3+H2O
光下, 紫色非硫细菌
3、化能合成作用:指一些细菌在暗处利用硫化氢、氢、氯化铁等物质氧化时释放的化学能同化CO2合成有机物质的过程,称化能合成作用。这些细菌称化能合成细菌。
二、光合作用的重要性
1、将无机物转化为了有机物。
2、将光能转变成了化学能。
3、净化了空气。
第二节叶绿体和光合色素
一、叶绿体的结构及组分
(一) 叶绿体的形状和大小
1、形状:多种多样。光合细菌、原核生物例蓝藻没有叶绿体,只有载色体;绿藻的叶绿体呈星状、带状、杯状等;高等植物叶片的叶绿体呈椭圆形。
2、大小:高等植物叶片的椭圆形叶绿体,长3-6μM,厚2-3μM,一个叶绿细胞中约有10至数百个叶绿体。
3、分布:分布在叶肉组织中与空气接触的质膜旁,在与非绿色细胞如表皮细胞、维管束细胞相邻处,常见不到叶绿体。
(二)叶绿体的结构
叶绿体是由双层膜包被的囊状结构,由叶绿体被膜、基质和类囊体三部分组成。
1、叶绿体被膜
叶绿体被膜由内外两层膜组成,膜厚约5nm,两膜间距5-10 nm,主要功能是控制物质的进出,维持光合作用的微环境。
内外两层膜的功能不同:
1)外膜为非选择性膜,分子量小于104的物质如核酸、蔗糖、无机离子可自由通过;
2)内膜为选择透性膜,CO2、O2、H2O可自由通过,Pi、磷酸丙糖、双羧酸等需经膜上的运转器才能通过;NADP、PPi、蔗糖、C5-C7糖的磷酸二酯则不能通过。
2、类囊体
类囊体是由单层膜包围的扁平小囊, 膜厚度5-7 nm,囊腔空间约10 nm。类囊体有两类:1)基质类囊体又称基质片层:伸展在叶绿体基质中互不重叠。 2)基粒类囊体或基粒片层:基粒类囊体互相重叠组成基粒。片层与片层互相接触的部分称堆叠区,其它部分称非堆叠区。每个叶绿体约有40-60个基粒,每个基粒由几十个基粒类囊体组成。
3、基质及其内含物
被膜以内的基础物质称基质,内含多种离子、低分子的有机物,以及多种可溶性蛋白质。基质是进行碳素同化作用的场所。基质中含有氨基酸、蛋白质、DNA、RNA、脂类等物质及其合成和降解的酶类,基质中还含有还原CO2与合成淀粉的全部酶系,其中RUBPcase占基质总蛋白质的一半以上。
二、光合色素
(一)叶绿体色素的种类:可分三类:
1、叶绿素类:
有4种叶绿素a、b、c、d。除光合细菌外,所有绿色植物都含有Chla,(紫色硫细菌为细菌叶绿素,绿色硫细菌为菌绿素);Chlb存在于高等植物与绿藻中; Chlc存在于褐藻和硅藻中;Chld仅存在于红藻中。高等植物绿色组织主要有Chla和Chlb两种,但含量不同,决定于:
(1)植物种类:C4植物的Chla/Chlb=4:1,C3植物为3:1,即C4植物的Chla含量高于C3植物。
(2)生长环境有关:植物组织的Chla/Chlb比值,阳生植物>阴生植物;高山植物>平原植物;陆生植物>水生植物。
(3)植物年龄:叶龄增加Chla/Chlb比值逐渐下降,幼龄植物Chla/Chlb>年老植物。
2、类胡萝卜素:存在于大部分植物和细菌中。类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素2种。高等植物的类胡萝卜素总量约是叶绿素含量的1/3,而叶黄素:胡萝卜素=2:1。
3、藻胆素:仅存在于红藻和蓝藻中,主要有藻红蛋白和藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白三类,前者呈红色,后两者呈蓝色。
(二)叶绿体色素的结构及理化性质
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(1)叶绿素的分子结构:
叶绿素分子有一个卟啉环的头部和一个叶绿醇的尾部组成。是双羧酸酯类物质。其中一个羧基被甲醇所酯化,另一个羧基被叶绿醇所酯化。
1)卟啉环由4个吡咯环与四个甲烯基(-CH=)连接而成,卟啉环中央络合一个Mg原子,镁偏向带正电荷,而与其相连的N原子则带负电荷,因而头部有极性,是亲水的。在卟啉环C环和D环间还有一个含羰基的同素环,其上一个羧基以酯键与甲醇相结合。D 环上有一个丙酸侧链以酯键与叶绿醇相结合。
2)叶绿醇(C2