细胞的能量转换线粒体和叶绿体2.pptx
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1、第二节第二节 叶绿体与光合作用叶绿体与光合作用Section two Section two chloroplast and photosynthesischloroplast and photosynthesis一切生命活动所需的能量来源于太阳能。一切生命活动所需的能量来源于太阳能。绿色植物是主要的能量转换者。绿色植物是主要的能量转换者。叶绿体是植物细胞特有的能量转换细胞器叶绿体是植物细胞特有的能量转换细胞器,它利用光能同化二氧化碳和水,合成糖,它利用光能同化二氧化碳和水,合成糖,并产生氧气。并产生氧气。一、叶绿体与质体一、叶绿体与质体叶绿体是叶绿体是质体质体的一种,质体还包括:白的一种,质
2、体还包括:白色体、有色体、蛋白质体、油质体、淀色体、有色体、蛋白质体、油质体、淀粉质体,均由前质体分化发育而来。粉质体,均由前质体分化发育而来。叶绿体是唯一含叶绿体是唯一含类囊体膜类囊体膜结构的质体。结构的质体。二、叶绿体的形态与数量二、叶绿体的形态与数量 1.1.形态:高等植物:呈双凸透镜形。藻:网形态:高等植物:呈双凸透镜形。藻:网状、带状和星形等,可达状、带状和星形等,可达100um100um2.2.数量:因种、细胞类型、生态、生理状态数量:因种、细胞类型、生态、生理状态不同。高等植物叶肉细胞含不同。高等植物叶肉细胞含5050200200个,占细个,占细胞质的胞质的40%40%。3.3.
3、分布:均匀分布在胞质中,或聚集在核周分布:均匀分布在胞质中,或聚集在核周围或沿壁分布,围或沿壁分布,光照影响分布光照影响分布。叶绿体的结构 小麦叶细胞:小麦叶细胞:(A)(A)中央液泡周围的细胞质仅极薄的一层中央液泡周围的细胞质仅极薄的一层,含叶绿体含叶绿体;(B)(B)叶绿体中有淀粉粒和脂滴叶绿体中有淀粉粒和脂滴.(C).(C)基粒由类囊体膜堆垛而成基粒由类囊体膜堆垛而成.三、叶绿体的结构三、叶绿体的结构由外被由外被(envelope)(envelope)、类囊体、类囊体(thylakoid)(thylakoid)和基质和基质(stroma)(stroma)组成。组成。含含3 3种不同的膜:
4、外膜、内膜、类囊体膜,种不同的膜:外膜、内膜、类囊体膜,及及3 3种腔:膜间隙、基质和类囊体腔。种腔:膜间隙、基质和类囊体腔。线粒体和叶绿体的比较线粒体和叶绿体的比较1 1、外被(、外被(envelopeenvelope)由双层膜组成,都是连续的单位膜,膜间隙由双层膜组成,都是连续的单位膜,膜间隙10-20nm10-20nm。外膜有孔蛋白,孔径较大,允许外膜有孔蛋白,孔径较大,允许10-13kd10-13kd的的分子通过,通透性较大。分子通过,通透性较大。内膜通透性低,仅内膜通透性低,仅O O2 2、COCO2 2和水能自由通过。和水能自由通过。2 2、类囊体(、类囊体(thylakoidth
5、ylakoid)(1 1)形态结构)形态结构:单层膜围成的扁平囊,沿叶绿体长轴平行单层膜围成的扁平囊,沿叶绿体长轴平行排列。含光合色素和电子传递链。排列。含光合色素和电子传递链。基粒基粒(grana)(grana):多个类囊体堆叠。:多个类囊体堆叠。基质类囊体:基粒间的类囊体。基质类囊体:基粒间的类囊体。经基质片层相联,全部类囊体形成一个相经基质片层相联,全部类囊体形成一个相互贯通的封闭系统。互贯通的封闭系统。(2 2)类囊体膜的化学组成)类囊体膜的化学组成蛋白质与脂比值达蛋白质与脂比值达60:4060:40。脂中脂肪酸多为。脂中脂肪酸多为不饱和亚麻酸,约不饱和亚麻酸,约87%87%,流动性高
6、。,流动性高。膜蛋白主要有细胞色素膜蛋白主要有细胞色素b b6 6/f/f复合体、质体醌复合体、质体醌(PQ)(PQ)、质体蓝素、质体蓝素(PC)(PC)、铁氧化还原蛋白、黄、铁氧化还原蛋白、黄素蛋白、光系统素蛋白、光系统、光系统、光系统复合物等。复合物等。3 3、叶绿体基质的组成、叶绿体基质的组成碳固定的酶类:核酮糖碳固定的酶类:核酮糖-1,5-1,5-二磷酸羧化酶二磷酸羧化酶(RuBPase)(RuBPase),占基质可溶性蛋白总量的,占基质可溶性蛋白总量的60%60%。叶绿体叶绿体DNADNA、蛋白质合成体系:、蛋白质合成体系:ctDNActDNA、RNARNA、核糖体等。核糖体等。颗粒
7、颗粒:主要是淀粉粒,储存光合产物。主要是淀粉粒,储存光合产物。四、叶绿体主要功能四、叶绿体主要功能:光合作用光合作用 光合作用分为光合作用分为光反应光反应和和暗反应暗反应。光。光反应需光,进行水的光解和光合磷反应需光,进行水的光解和光合磷酸化。暗反应不需光,进行酸化。暗反应不需光,进行COCO2 2固固定。定。(一一)光反应(光反应(light reactionlight reaction)通过叶绿素等光合色素吸收光能,将光能转通过叶绿素等光合色素吸收光能,将光能转变成化学能,形成变成化学能,形成ATPATP和和NADPHNADPH的过程。的过程。可分为可分为3 3个主要步骤个主要步骤:光能吸
8、收、电子传递、光能吸收、电子传递、光合磷酸化。光合磷酸化。1 1、光吸收、光吸收 指叶绿素分子被光激发至引起第一个光化学指叶绿素分子被光激发至引起第一个光化学反应的过程,包括光能吸收、传递和转换。反应的过程,包括光能吸收、传递和转换。主要作用是主要作用是固定光子固定光子。光能被聚光色素吸收。光能被聚光色素吸收后,传递至作用中心。在作用中心发生最初后,传递至作用中心。在作用中心发生最初的光化学反应,使电荷分离将光能转变成化的光化学反应,使电荷分离将光能转变成化学能学能(1 1)光合色素)光合色素叶绿素叶绿素(chlorophll)(chlorophll):一类含脂的色素,位:一类含脂的色素,位于
9、类囊体膜中。由于类囊体膜中。由2 2部分组成:核心部位是一部分组成:核心部位是一个卟啉环个卟啉环,功能是光吸收;另一部分是一个长功能是光吸收;另一部分是一个长的脂肪烃侧链,称叶绿醇,插入类囊体膜。的脂肪烃侧链,称叶绿醇,插入类囊体膜。类胡萝卜素,帮助叶绿素提高吸光效率。类胡萝卜素,帮助叶绿素提高吸光效率。在红藻和蓝细菌中还有藻胆素。在红藻和蓝细菌中还有藻胆素。叶绿素分子结构 植物有几种类型的叶绿素,差别在于植物有几种类型的叶绿素,差别在于烃侧链烃侧链的不同。的不同。主要有叶绿素主要有叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b,叶绿素,叶绿素a a存在于真存在于真核生物和蓝细菌中,叶绿素核生物和蓝细菌中
10、,叶绿素b b存在于高等植物存在于高等植物和绿藻中。不同类型的叶绿素对光的吸收也和绿藻中。不同类型的叶绿素对光的吸收也不同。叶绿素不同。叶绿素a a吸收的波长在吸收的波长在420-460nm420-460nm,而,而叶绿素叶绿素b b吸收的波长在吸收的波长在460-645nm460-645nm (2)(2)捕光复合物捕光复合物:由约:由约200200个叶绿素分子和一些个叶绿素分子和一些与蛋白质相连的类胡萝卜素组成。与蛋白质相连的类胡萝卜素组成。色素分子也称天线色素,捕获光能,并将光能色素分子也称天线色素,捕获光能,并将光能以诱导共振方式传到反应中心色素。以诱导共振方式传到反应中心色素。叶绿体中
11、全部叶绿素叶绿体中全部叶绿素b b和大部分叶绿素和大部分叶绿素a a、类胡、类胡萝卜素和叶黄素都是天线色素。萝卜素和叶黄素都是天线色素。捕光复合体 (3)(3)反应中心反应中心:由:由1 1个中心色素分子个中心色素分子ChlChl、1 1个原初电子供体和个原初电子供体和1 1个原初电子受体组成。个原初电子受体组成。反应中心色素的最大特点:吸收光能被激反应中心色素的最大特点:吸收光能被激发后,产生电荷分离和能量转换发后,产生电荷分离和能量转换 光系统中的捕光复合体及反应中心光系统中的捕光复合体及反应中心2 2、电子传递、电子传递光合电子传递链是由一系列电子载体构成,同呼光合电子传递链是由一系列电
12、子载体构成,同呼吸链电子载体相似,但有不同:吸链电子载体相似,但有不同:(1)(1)线粒体的电子载体位于内膜,光合作用的电线粒体的电子载体位于内膜,光合作用的电子载体位于类囊体膜;子载体位于类囊体膜;(2)(2)线粒体将线粒体将NADHNADH和和FADHFADH2 2的电子传给氧,光合作的电子传给氧,光合作用是将来自水的电子传给用是将来自水的电子传给NADPNADP;(3)(3)线粒体电子传递是一个放能过程,合成线粒体电子传递是一个放能过程,合成ATPATP;光合作用电子传递是一个吸热过程。光合作用电子传递是一个吸热过程。(1 1)电子载体和电子传递复合物)电子载体和电子传递复合物同呼吸链一
13、样,光合作用的电子载体也同呼吸链一样,光合作用的电子载体也是细胞色素是细胞色素(cyt b6,cytf)(cyt b6,cytf)、铁氧还蛋、铁氧还蛋白白(fd)(fd)、质体蓝素、质体蓝素(PC)(PC)和醌和醌(PQ)(PQ)同线粒体一样,光合作用中的电子载体也同线粒体一样,光合作用中的电子载体也组成复合体组成复合体光合电子传递链中有光合电子传递链中有3 3种复合体,其中两种复合体,其中两个是光系统(个是光系统(PSPS和和PSPS)的组成部分,)的组成部分,另一种是细胞色素另一种是细胞色素b b6 6/f/f复合物。复合物。A A光系统光系统(PSPS)中心色素吸收峰为中心色素吸收峰为6
14、80nm680nm,又称,又称P680P680。1212条多肽链。含一个捕光复合体条多肽链。含一个捕光复合体(LHC)(LHC)、一、一个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体。个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体。D D1 1和和D D2 2为两条核心肽链,结合中心色素为两条核心肽链,结合中心色素P680P680、去、去镁叶绿素及质体醌。镁叶绿素及质体醌。作用:从光中吸收的能量将水裂解作用:从光中吸收的能量将水裂解,并将其释放并将其释放的电子传递给质体醌的电子传递给质体醌.B B光系统光系统(PSIPSI)中心色素能被中心色素能被700nm700nm光激发,又称光激发,又称P700P700。
15、包含多条肽链,由一个捕光复合物包含多条肽链,由一个捕光复合物(LHC)(LHC)和和一个反应中心构成。一个反应中心构成。三种电子载体分别为三种电子载体分别为A A0 0(1(1个个chl achl a分子分子)、A A1 1(维生维生素素K K1 1)及及3 3个的个的4Fe-4S(FeS4Fe-4S(FeSX X,FeS,FeSA A,FeS,FeSB B)。作用是将电子从作用是将电子从PCPC传给铁氧还蛋白传给铁氧还蛋白(Fd)(Fd)C C细胞色素细胞色素b b6 6/f/f复合体复合体(cyt b(cyt b6 6/f/f complex)complex)以二聚体存在,单体含以二聚体存
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