导图社区 《细胞生物学》第八章叶绿素和光合作用
《细胞生物学》第八章叶绿素和光合作用笔记,介绍了叶绿体的来源与分布、叶绿体的结构与化学组成、光合作用的光反应、叶绿体遗传和起源等知识点。
编辑于2021-07-23 17:32:21叶绿体与光合作用
能够进行光合作用的称为自养生物,不能进行光合作用的称为异养生物,异养生物只能从消耗的含碳食物中获得还原型的碳素营养
叶绿体的来源与分布
叶绿体是植物细胞所特有的能量转换细胞器,其功能是进行光合作用,即利用光能同化二氧化碳和水,合成糖,同时产生分子氧
质体
植物细胞中一类膜结合细胞器的总称,这类细胞器是由共同的前体:前质体分化发育而来
分类
白色体
不含色素,多存在于植物的分生组织和储藏组织中,具有制造和储藏淀粉、蛋白质和油脂的功能
将发育成熟的具有叶绿体的绿色植物置于黑暗中,叶绿体也会转变成白色体(叶绿体的类囊体的膜会破裂并相互融合形成典型的片层状结构,叶绿体就变成了白色体)
有色体
含胡萝卜素,不含叶绿素,无类囊体结构。不进行光合作用,功能是富集淀粉和脂类
光诱导前质体分化为叶绿体
叶绿体是唯一含有类囊体膜结构的质体,是前质体在光照条件下诱导发育而来。前质体仅由内膜和外膜构成,莫内是少量的基质和DNA,但是没有LHC蛋白、叶绿素和电子传递系统。
蛋白质体(储存蛋白质)、油质体(储存脂)、淀粉质体(储存淀粉)等
形态大小
球形、椭圆形或卵圆形,为双凹面。有些叶绿体呈棒状,中央区较细小而两端膨大,充满叶绿素和淀粉粒
数量和分布
藻类植物通常只有一个巨大的叶绿体
叶绿体可随植物细胞的胞质环流而改变位置和形状
叶绿体的结构与化学组成
由叶绿体膜(外被)、类囊体和基质组成,叶绿体的结构含有3种不同的膜和3种彼此分割的区室(膜间间隙、叶绿体基质和类囊体腔)
叶绿体被膜的结构和特性
叶绿体的外膜和内膜合称为被膜
叶绿体的被膜不仅是叶绿体脂合成的场所,也是整个植物细胞的脂合成的主要场所
叶绿体内膜中的运输系统
ADP/ATP交换载体:进行细胞质和叶绿体基质间的ADP/ATP交换
二羧酸交换载体:进行细胞质和叶绿体基质间二羧酸的交换
葡萄糖载体:将叶绿体基质中的葡萄糖运输到胞质溶胶
乙醇酸载体:将叶绿素基质中的乙醇酸运输到胞质溶胶
磷酸交换载体:将细胞质中的无机磷与叶绿素基质中的三碳糖进行交换
类囊体
两种类型:基粒类囊体和基质类囊体
类囊体膜上有伸向基质的柄状结构,称为CF1颗粒,相互堆积形成基粒
类囊体的蛋白分为内在蛋白(镶嵌在脂双层中)和外周蛋白(类囊体膜的叶绿体基质面的较多)
叶绿体基质(叶绿体内膜与类囊体之间的区室)光合作用固定二氧化碳的场所
类囊体蛋白包括类囊体膜蛋白和类囊体腔蛋白,定位于类囊体膜或腔的蛋白质除了要有叶绿素基质导向序列外,还需要有插入类囊体膜或跨过类囊体膜的导向序列
类囊体蛋白的转运需要有两个引导肽,进入叶绿体基质后切除一个,另一个引导肽进入类囊体
光合作用的光反应
光合作用:绿色植物利用叶绿素吸收光能、然后固定二氧化碳并与水同化成有机物,同时释放出氧的过程
光反应(光合电子转移反应)
光能吸收
捕光色素(光吸收色素):能够吸收光的色素,位于类囊体的膜上,只具有吸收聚集光能的作用,而无光化学活性
叶绿素
一类含有脂的色素家族,位于类囊体膜,并且赋予植物的绿色。吸收的光主要是蓝色和红色而不是绿色光
由卟啉环(核心部分,功能是光吸收)和长的脂肪烃侧链(叶绿醇)
类胡萝卜素,含脂的分子家族,吸收紫色和蓝色光
藻蓝素:存在与红藻和蓝细菌中,吸收一些叶绿素不能吸收的杂光,起过滤作用
进行光吸收的功能单位是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物(光系统)光系统有两个主要成分:捕光复合物(LHC)和光反应中心复合物
电子传递
光合电子传递链
有一系列电子载体构成,电子载体位于类囊体膜上,将来自水的电子传递给NADH+,是一个吸热的过程
电子载体
细胞色素
细胞色素b6:563nm,低等电位型;细胞色素f:553nm,中等电位型
铁氧还蛋白
含有一个氧化还原的位点,该位点有两个同硫结合的铁原子。在氧化状态,对波长在420nm和463nm的光有较强的吸收作用
NADP+还原酶
参与光合作用电子传递的主要黄素蛋白是NADP+还原酶,是一种含有FAD的酶,催化电子从铁氧还蛋白传递给NADP+
质体蓝素PC
含铜蛋白质,氧化型呈蓝色,还原状态蓝色消失
质体醌PQ
质子和电子载体同线粒体的电子传递链的泛醌一样,也是通过醌和醌醇循环来传递电子和氢质子,不过质体醌与泛醌的结构不同
NADP+
光合作用的最后一个电子受体,是NAD+的衍生物,接受两个电子成为还原型的NADPH
光系统Ⅱ复合物的结构和功能
捕光复合物Ⅱ(LHCⅡ)
捕光叶绿素-蛋白质复合物或天线复合物
功能:吸收光能并将光能传递到反应中心
PSⅡ反应中心复合物
功能:利用从光中吸收的能量将水裂解,并将其释放的电子传递给质体醌,同时通过对水的氧化和PQB2-的还原在类囊体膜两侧建立氢离子质子梯度
两条途径
非循环式(线性电子流、Z形路线)
电子从水开始,经PSⅡ、质体Q、复合物b6/f、PC、PSI、Fd,最后传递给NADP+
电子从PSⅡ的P680传递给PQ,生成PQH2
水光解释放的电子经Mn传递给PSⅡ的P680+
电子从PQH2经复合物b6/f传递给质体蓝素,即电子从PSⅡ传递给PSⅠ
电子经P700+传递给铁氧还蛋白,最后在铁氧还蛋白-NADP+还原酶下,电子被NADP+接收
循环式
被传递的电子经PSⅠ传递给Fd之后,重新传递给Cytb6/f复合物,再经PC回到PSⅠ,形成闭路循环
形成的主要原因是NADP+的浓度不足或者说NADPH的浓度过高
光合磷酸化
能量转换单位是CF0-CF1ATP合酶或称为CF0-CF1ATP酶复合物,位于基粒和基质类囊体膜上,朝向叶绿体基质
类型
非循环式光合磷酸化
光驱动的电子经两个光系统最后传递给NADP+并在电子传递过程中建立氢离子梯度,驱使ADP磷酸化产生ATP
循环式光合磷酸化
光驱动的电子从PSⅠ的传递给铁氧化还原蛋白后经PQ传递给Cytb6/f复合物,再经PC回到PSⅠ
叶绿体遗传和起源
叶绿体是半自主性细胞器,其基因组呈环状
叶绿体的自主性
叶绿体不仅有自己的DNA,还有自己的核糖体,同原核生物的一样都是70S。缺乏叶绿体核糖体的突变体不能合成质体基因组编码的蛋白质
内共生学说
叶绿体的祖先是蓝藻或光合细菌,在生物进化过程中被原始真核细胞吞噬,共生在一起进化成为叶绿体
叶绿体是由原质体分化来,并通过分裂而增殖
光合作用的暗反应
C3循环(卡尔文循环)
二氧化碳的羧化
二氧化碳在RuBP羧化酶的催化下,以RuBP作为二氧化碳受体,首先被固定形成羧基,然后裂解形成两分子的3-磷酸甘油酸
还原阶段
3-磷酸甘油酸被还原成3-磷酸甘油醛,吸能反应,光反应中合成的ATP和NADPH主要是在这一阶段被利用
RuBP的再生
利用已合成的甘油醛-3-磷酸经一系列的相互转变最终再生成5-磷酸核酮糖,然后在磷酸核酮糖激酶的作用下发生磷酸化作用生成RuBP,在消耗一个ATP
光呼吸
依靠光来消耗氧气,放出二氧化碳。在光存在下,光呼吸降低了光合作用的效率,因为光呼吸氧化光合作用中产生还原型的碳原子同时消耗大量的能量
C4植物
利用C4途径固定二氧化碳的植物
植物的叶中有两种不同类型的光合作用细胞:叶肉细胞和维管束细胞。二氧化碳的固定是在叶肉细胞中进行,被固定的二氧化碳在维管束鞘细胞中释放
CAM植物
具景天酸代谢途径的植物,多为多浆液植物。在夜间通过开放的孔吸收CO2,然后借助PEP羧化酶与磷酸烯醇式丙酮酸结合,形成草酰乙酸,然后在苹果酸脱氢酶(NADPH)作用下还原成苹果酸,进入液泡并累计变酸(从pH5-3);第二天光照后苹果酸从液泡中转运回细胞质和叶绿体中脱羧,释放CO2被RuBP吸收形成碳水化合物