photosynthesis

1、光合作用: 生物圈的第一生產(chǎn)力 能量捕獲CO2固定O2釋放植物和光能自養(yǎng)微生物能進行光合作用Cross section of a leaf基質(zhì)基質(zhì)類囊體類囊體基粒葉綠體的結(jié)構(gòu) 葉綠素 chlorophyll, a, b 胡蘿卜素 carotenoids, 藻膽素 phycobilins光合作用的色素葉綠素葉綠素葉綠素分子由碳和葉綠素分子由碳和氮原子組成氮原子組成 卟啉卟啉環(huán)與葉醇側(cè)鏈相連環(huán)與葉醇側(cè)鏈相連結(jié)結(jié) 葉醇側(cè)鏈插入葉醇側(cè)鏈插入到類囊體膜中到類囊體膜中葉綠素的分子結(jié)構(gòu)及吸收光譜1883年，德國年，德國 Engelmann 水綿水綿 絲狀綠藻絲狀綠藻 螺旋帶狀葉綠體螺旋帶狀葉綠體 好氧游動的

2、細菌好氧游動的細菌 棱鏡棱鏡 不同波長的光不同波長的光 向著紅光和藍光區(qū)域聚集向著紅光和藍光區(qū)域聚集6.4 光系統(tǒng)與光反應(yīng)光反應(yīng)發(fā)生在類囊體膜上暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中光系統(tǒng)由葉綠素分子及其蛋白復(fù)合物、天線色素系統(tǒng)和電子受體等組成的單位稱為光系統(tǒng)。光反應(yīng)由兩個光系統(tǒng)及電子傳遞鏈來完成。光能的捕獲紫細菌捕光蛋白(LH)與光合反應(yīng)中心(RC)圓柱體：蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)方塊：色素分子RC光反應(yīng)水的分解 （O2釋放，NADPH生成）ATP合成光子照射到某些生物分子 電子躍遷到更高的能量水平 激發(fā)態(tài)：葉綠素分子是一種可以被可見光激發(fā)的色素分子，在光子驅(qū)動下發(fā)生的得失電子反應(yīng)是光合作用過程中最基本的反應(yīng)。光

3、合磷酸化光合磷酸化 光合磷酸化指葉綠體在光作用下光合磷酸化指葉綠體在光作用下催化催化ADP +磷酸生成磷酸生成 ATP的過程的過程光系統(tǒng)類型光合作用的原初過程光合作用的原初過程 chl* + A chl+ + A- A被還原, chl被氧化 chl-+ + D chl + D+ D + A D+ + A- 光引起氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生電荷分離人造光反應(yīng)中心?C + -PA-PB-QA-QB -光誘導(dǎo):光反應(yīng)的調(diào)節(jié)光活化的葉綠素分子可能變成具有強烈反應(yīng)活性氧化自由基。類胡蘿卜素可以將其“淬滅”其他色素分子也可以有淬滅作用。受到酶的調(diào)節(jié)。暗反應(yīng)：CO2固定1：碳的固定催化CO2固定的酶：RUBISCO

4、2：磷酸甘油酸的還原For three molecules of ribulose-1,5-bisphosphate (total of 15 C) that are carboxylated, cleaved, phosphorylated, reduced, and dephosphorylated, six molecules of glyceraldehyde-3-phosphate are produced (total of 18 C). Of these:One glyceraldehyde-3-phosphate (3 C) exits the pathway as produ

5、ct. Five of the 3-C molecules (total of 15 C) are recycled back into three 5-C molecules of ribulose-1,5-bisphosphate, (substrate for RuBisCO), as summarized below. 3：二磷酸核酮糖的再生3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH glyceraldehyde-3-phosphate + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP+開爾文循環(huán)開爾文循環(huán)CO2濃度的影響CO2濃度增加通常能加強光合作用.在CO2濃度較低的情況下：R

6、UBISCO具有氧化酶的活性，光呼吸作用The uptake of O2 by RUBISCO forms: the 3-carbon molecule 3-phosphoglyceric acid just as in the Calvin cycle the 2-carbon molecule glycolate.- CO2凡是在葉肉細胞中,通過卡爾文循環(huán),將二氧化碳固定,生成富含能量的三碳化合物,甘油醛 3-磷酸(G3P)的植物,被稱為C3植物大豆,燕麥,小麥,水稻C4植物PEP carboxylase, which has a stronger affinity for carbon

7、dioxide than does RuBP carboxylase CO2被濃縮RUBISCO在高CO2,低O2分壓的環(huán)境中催化。At night, CAM plants take in CO2 through their open stomata The CO2 joins with PEP to form the 4-carbon oxaloacetic acid. This is converted to 4-carbon malic acid that accumulates during the night in the central vacuole of the cells.I

8、n the morning, the stomata close (thus conserving moisture as well as reducing the inward diffusion of oxygen). The accumulated malic acid leaves the vacuole and is broken down to release CO2. The CO2 is taken up into the Calvin (C3) cycle.2. CAM植物：C4 與C3循環(huán)在時間上分開 必須先被轉(zhuǎn)化為氨(NH4) or 硝酸鹽 (NO3). 固氮菌：將氮氣轉(zhuǎn)

9、化為氨氮的固定大氣中氮氣含量：79%但絕大多數(shù)生物不能利用它為氮源。氮循環(huán)固氮反應(yīng)：固氮反應(yīng)：N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Piprokaryotes (the bacteria and related organisms), using an enzyme complex termed nitrogenase. This enzyme consists of two proteins - an iron protein and a molybdenum-iron protein, as shown below. nitrog

10、enase根瘤菌與固氮酶Type of fixationN2 fixed (1012 g per year, or 106 metric tons per year)Non-biologicalIndustrialabout 50Combustionabout 20Lightningabout 10Totalabout 80BiologicalAgricultural landabout 90Forest and non-agricultural landabout 50Seaabout 35Totalabout 175氮循環(huán)與富營養(yǎng)化農(nóng)業(yè)發(fā)展到只固氮量增加。去硝化細菌增長趕不上固氮的增長。有

11、機化的氮增加。水體富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化帶來的生態(tài)問題SO4-2 + 2 ATP + 2 NADPH + H+ + serine + acetyl-CoA cysteine + AMP + ADP + 3 Pi + NADP+硫循環(huán)研究生物大分子、生物體系化學過程的主要手段研究生物大分子、生物體系化學過程的主要手段生物分子的分離純化生物分子的分離純化利用生物分子的大小、表面性質(zhì)、溶解度、親和性、帶電性等。利用生物分子的大小、表面性質(zhì)、溶解度、親和性、帶電性等。包括：包括： 沉淀法（如鹽析法改變離子強度改變沉淀法（如鹽析法改變離子強度改變PH等）等） 離心離心(利用密度的差別利用密度的差別) 層析法

12、層析法 電泳電泳生物分子的分析生物分子的分析 化學化學 物理手段物理手段(光譜光譜, 質(zhì)譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜、核磁共振波譜、X-射線衍射等）射線衍射等） 生物學生物學 生物信息學生物信息學生物分子分離純化：沉淀法改變鹽濃度 （鹽析）有機溶劑沉淀等電點沉淀（改變PH）分離各類生物組分的離心技術(shù)層析層析/色譜法色譜法 基本原理：基本原理：樣品（待分離的混合物）樣品（待分離的混合物）流動相（流動相（a mobile phase ）（氣相、液相）（氣相、液相） 固定相固定相 柱層析 離子交換層析 凝膠過濾層析（分子篩） 反相層析（疏水層析） 親和層析（常用于制備）離子交換層析ProteinpIpH4

13、.8 cmpH7.2 cmpH8 cm 碳酸水化酶7.0 +16.5-0.4-2.7羧肽酶B6.2 +12.0-3.3-6.3糜蛋白酶8.0 +9.0+2.70.0溶菌酶9.8 +14.1+7.9+6.9等電點用陽離子交換樹脂分離凝膠電泳（Gel Electrophoresis） 瓊脂糖凝膠聚丙烯酰胺凝膠 （PAGE）電泳DNA：瓊脂糖凝膠電泳改變凝膠濃度可以改變遷移速率。區(qū)分不同大小的DNA片段電泳與DNA 指紋DNA擴增：PCR技術(shù)(聚合酶鏈反應(yīng)Polymerase chain reaction)限制性內(nèi)切酶RFLP（限制性片段長度多態(tài)性）restricting fragment length polymorphisims “分子雜交”電泳轉(zhuǎn)膜雜交顯影大分子三維結(jié)構(gòu)測定基因蛋白多維核磁共振波譜（溶液中的三維結(jié)構(gòu)）射線晶體衍射 （晶體結(jié)構(gòu)）電鏡三維重構(gòu) （二維晶體，膜蛋白結(jié)構(gòu)