2023年高中生物学竞赛入门课件 第四章 细胞代谢（三）光合作用

全国生物学联赛入门教程 《普通生物学》 《高中生物奥赛讲义》 第1节 细胞代谢概述 本章提纲 第2节 酶（详见生化部分） 第3节 物质的跨膜运输 第4节 细胞呼吸 第四章 细胞代谢 第5节 光合作用 第6节 糖、脂、核酸、蛋白质代谢 （见生化部分） 第5节 光合作用 1642年 比利时科学家 Helmont (一）光合作用的早期研究 一、光合作用概述 1779年:荷兰人Ingenhouszv 发现植物只有在光下才能净化空气,而在黑暗中植物同样可以恶化空气.证明光对植物是必需的 1782年瑞士J. Senebier用化学方法证明，CO2是光合作用必需的，O2是光合作用产物 1804年N.T.De Saussure进行第一次定量测定，指出H2O参与光合作用，植物释放O2的体积大致等于CO2的体积 1864年J.V.Sachs观测到照光的叶片生成淀粉粒，证明光合作用形成有机物 4 植物的光合作用表达式：十九世纪末写出 绿硫细菌：CO2+2H2S→(CH2O)+H2O+2S 绿色植物：CO2+2H2O→ (CH2O)+H2O+O2 一般方程式:CO2 + H2A→（CH2O）+H2O + 2A 表明O2来自于水,光合作用实际上是一个氧化还原反应 20世纪40年代 同位素示踪 CO2 + H218O →（CH2O） + 18O2 电子受体 供氢体 还原电子受体 (二）光合色素的类型 1.色素的分布：叶绿体类囊体薄膜上 2.光合色素的种类 植物叶绿体的特点是含有色素，分为三大类。 叶绿素类 类胡萝卜素类 藻胆素类 原核藻类和真核藻类 高等植物 基粒类囊体 基质类囊体 Mg2+被H+取代成为脱镁叶绿素、被Cu2+取代成为铜代叶绿素。 卟啉环上的共轭双键和中央镁原子容易被光激发而引起电子的得失，这决定了叶绿素具有特殊的光化学性质。 叶绿素b与a的不同之处是叶绿素b少两个氢多一个氧。两者结构上的差别仅在于叶绿素a的第Ⅱ吡咯环上一个甲基(－CH3)被醛基(－CHO)所取代。 叶绿素结构 含有由中心原子Mg连接四个吡咯环的卟林环结构和一个使分子具有疏水性的碳氢链。 （1）叶绿素 叶绿素a （放氧气光合生物） 叶绿素b （高等植物、部分藻类） 叶绿素c （藻类） 叶绿素d （红藻） 叶绿素e （藻类） 菌绿素——光合细菌 叶绿素 叶绿醇 卟啉环 (－CHO)叶绿素b 铜代叶绿素反应 向叶绿素溶液中放入两滴5％盐酸摇匀，溶液颜色的变为褐色，形成去镁叶绿素。 当溶液变褐色后，投入醋酸铜粉末，微微加热，形成铜代叶绿素，比原来的叶绿素更鲜艳稳定。 制作绿色标本方法： 用50%醋酸溶液配制的饱和醋酸铜溶液浸渍植物标本(处理时可加热) (－CO-CH3)菌绿素 叶绿素a 叶绿素的生物合成 参与反应的酶类： (1)胆色素原合成酶； (2)胆色素原脱氨基酶； (3)尿卟啉原Ⅲ合成酶； (4)尿卟啉原Ⅲ脱羧酶； (5)粪卟啉原氧化酶； (6)原卟啉氧化酶； (7)Mg-螯合酶； (8)Mg-原卟啉甲酯转移酶； (9)Mg-原卟啉甲酯环化酶； (10)乙烯基还原酶； (11)原叶绿素酸酯还原酶； (12)叶绿素合成酶 原料：谷氨酸或a-酮戊二酸 原卟啉+Fe2+合成血红蛋白 （2）类胡萝卜素 由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键，分子的两端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环，类胡萝卜素包括胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)两种。 3 (紫罗兰酮环) 环己烯 橙黄色 黄色 （3）藻胆素 水溶性色素； 以藻胆蛋白形式存在； 主要有藻蓝素、藻红素、别藻蓝素等，分布在蓝藻和红藻中，吸收的光传递给叶绿素a，传递效率可达80%； 吸收光谱490-670nm，有效利用下层水域的光。 光合色素与蛋白质形成的复合物 640～660nm的红光 430～450nm的蓝紫光 叶绿素a在红光区的吸收峰比叶绿素b的高，蓝紫光区的吸收峰则比叶绿素b的低。 阳生植物叶片的叶绿素a/b比值约为3∶1，阴生植物的叶绿素a/b比值约为2.3∶1。 （1)叶绿素吸收光谱 有两个强吸收峰区 (二)光合色素的吸收光谱 藻蓝素——橙红光 藻红素——绿光 色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境的适应，这使植物可利用各种不同波长的光进行光合作用。 (2）类胡萝卜素和藻胆素的吸收光谱 类胡萝卜素吸收带在400～500nm的蓝紫光区 基本不吸收黄光，从而呈现黄色。 (三）光能的吸收和能量转换 光能吸收后的几种不同去处 光能以共振能形式转移 (以可见光的形式吸收） (“→”以共振能的形式传递） 天线色素： 胡萝卜素、