光合作用

光合作用思维导图：概念，植物的绿色组织吸收利用光能，将CO和水合成有机物，并放出O的过程，意义，把无机物变为有机物，推动自然界巨大的物质转化过程等等

光合作用

• 概念
  • 植物的绿色组织吸收利用光能，将CO2和水合成有机物，并放出O2的过程
  • CO2+H2O→光能，绿色组织→[CH2O]+O2，6CO2+6H2O→C6H12O6+O2-686千卡
• 意义
  • 把无机物变为有机物，推动自然界巨大的物质转化过程
  • 将光能转化为化学能，完成自然界巨大能量转变过程
  • 保护环境，净化空气，维持大气中O2和CO2浓度的相对平衡
• 叶绿体
  • 叶绿体在细胞质中可进行一定的运动，以适应光强的变化
  • 光合膜：植物吸收，转换光能的重要场所
  • 色素
    • 种类
      • 叶绿素
        • 叶绿素a，b，c，d
        • 高等植物只含有chl a和chl b两种，二者结构极为相似——叶酸(亲水"头部")和叶醇(亲脂"尾部")合成的酯
        • chl a和chl b的区别仅在"头部"第二个吡咯环上——chl a：-CH3；chl b：-CHO
      • 类胡萝卜素
        • 叶黄素C40H56O2，胡萝卜素C40H56
        • 胡萝卜素有α，β，γ三种同分异构体
      • 藻胆素：藻红素，藻蓝素
    • 光学特性
      • 吸收光谱
        • 叶绿体色素具有吸收光的能力，太阳光经色素吸收后在一些波长处出现暗带，这种经色素吸收后所呈现的光谱称为吸收光谱
        • 叶绿素
          • 对可见光有2个强吸收区——蓝紫光区：430~450nm；红光区：640~660nm
          • Chl a和Chl b由于结构差异，吸收光谱略有不同
          • 叶绿素不吸收绿光，所以呈绿色
        • 类胡萝卜素只在蓝紫光区有强吸收，且范围较宽(400~500nm)，故呈黄色
      • 荧光现象
        • 叶绿素溶液在透射光下呈绿色，在反射光下呈棕红色
          • 棕红色是叶绿素分子受光激发后发射出来的荧光的颜色
        • 叶绿素溶液有很强的荧光(约占吸收光能的10%)，叶片中叶绿素吸收的光能主要用于光合作用，很少发射荧光
      • 磷光现象
    • 叶绿素的生物合成
      • 途径
      • 影响因素：光照，温度，氧气，矿质元素，水分
• 光反应机理
  • 原初反应
    • 反应过程
      • 光能的吸收与传递
      • 光能的转换(光化学反应)
        • 作用中心色素
          • 具有光化学反应活性，能将吸收的光能转换为电能
          • 少数特殊状态Chl a
        • 聚光色素
          • 吸收，传递光能，将吸收的光能传递给作用中心色素
          • Chl b，Car和多数Chl a
    • 作用中心
      • 存在部位：类囊体膜上
      • 组成成员：原初电子供体(D)，原初电子受体(A)，作用中心色素(P)
      • 功能：引起由光激发的氧化还原反应，引起电荷分离和能量转换
    • 能量转变：光能转变为电能(高能电子)
  • 电子传递光合磷酸化
    • 能量转变：电能转变为活跃化学能
    • 电子传递链
      • 光系统
        • 红降现象：在远红光下光合作用的量子产额急剧降低的现象
        • 双光增益效应：用大于685nm的远红光照射小球藻的同时，若补加一短波红光(650nm)，则光合作用的量子产额急剧增大，其量子产额大于两种波长的光单独照射的总和
        • 二者证明，类囊体膜上存在2种光系统，相互连结共同完成光合作用光反应
      • 光合电子传递链(光合链)
        • 由PSII和PSI及一系列电子传递体组成的使水中电子最终传给NADP+的电子传递轨道
        • 光合链分布在类囊体膜上，2个光系统以串联方式吸收光能共同驱动电子传递过程
        • 最终电子供体：H2O；最终电子受体：NADP+；电子：H2O→NADP+
      • 光合电子传递途径
        • 非环式电子传递途径("Z"链)
          • 两个光系统共同参与，使水光解产生的电子经一系列电子传递体传递给NADP+
          • 光合电子传递的主要途径，一般占总电子的70%
          • 起点：H2O；终点：NADP+
        • 环式光电子传递途径
        • 假环式光电子传递途径
    • 光合磷酸化
      • 叶绿体类囊体膜在光下进行电子传递的同时，将无机磷酸和ADP合成ATP的过程，ADP+Pi→光,叶绿体→ATP
      • 环式光合磷酸化
        • 电子在环式光合电子传递链中传递的同时，伴随有ATP合成的过程
        • 只有PSI参与，不涉及水的光解，没有O2的释放，没有NADP的还原，只产生ATP
      • 非环式光合磷酸化
        • 电子在非环式光合电子传递链中传递的同时，伴随有ATP合成的过程
        • 两个光系统参与，有O2的释放，有NADP+的还原
      • 机理
        • 化学渗透学说：类囊体膜的电子传递中，伴随有质子由膜外向内腔转移，导致类囊体膜内外两侧产生电位差，质子浓度差，二者合称质子动力势——光合磷酸化动力
        • H+顺浓度梯度通过偶联因子返回膜外时，利用释放的能量推动ADP和Pi合成ATP
• 光合作用转化形成的化学能为自养生物生命活动提供能源，也是异养生物生命活动的能量来源；是人类生活和生产的主要能源(许多光合产物是重要工业原料)