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Lecture6Photosynthesis(光合作用)ZhangMengjieSchoolofLifeScience&TechnologyEmail:Tel:生物化學(xué)教程p359-370生物化學(xué)下冊(cè)p197-p229IntroductionPhotophosphorylation(光合磷酸化)Carbondioxidefixation(CO2固定)photosynthesis(光合作用):TraditionallyequatedwithCO2fixation.太陽(yáng)能------化學(xué)能energyfromlightisharvestedtoprovidecarbohydratesforenergyproduction無(wú)機(jī)物------有機(jī)物
carbonreentersthebiosphere(fromCO2)水----------氧氣
themajorsourceofoxygen.1.IntroductionThelightreactionsofphotosynthesis----directlydependentontheabsorptionoflighttheresultingphotochemistrytakeselectronsfromH2Oanddrivesthemthroughaseriesofmembrane-boundcarriers,producingNADPHandATP.Thecarbon-assimilationreactionsofphotosynthesisreduceCO2withelectronsfromNADPHandenergyfromATP.Thelight-dependentandlight-independentreactionsofphotosynthesis.Lightreactionsareassociatedwiththethylakoid(類(lèi)囊體)membranes,andlight-independentreactionsareassociatedwiththestroma(基質(zhì)).Start
pointphotosyntheticbacteria:purple-sulfurbacteria(紫色硫細(xì)菌)
green-sulfurbacteria(綠色硫細(xì)菌)
CO2+2H2S→(CH2O)+2S+H2O
光下同化CO2而沒(méi)有O2的釋放1931C.B.VanNiel:overallequationforphotosynthesis:CO2+2H2A→(CH2O)+2A+H2O光合作用,是指光養(yǎng)生物利用光能把CO2合成有機(jī)物的過(guò)程Threephases:1.光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換成電能---原初反應(yīng)2.電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S化學(xué)能---電子傳遞和光合磷酸化3.活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能---碳同化重點(diǎn)initiatesanoxidation-reductionchainEukaryoticPhototrophsPossessTwoDistinctPhotosystems重點(diǎn)TheStuctureofPSⅡ放氧復(fù)合體脫鎂葉綠素Oxygen-evolvingcomplex(放氧復(fù)合體)WatersplittingcomplexTheStuctureofPSⅠ鐵氧化還原蛋白質(zhì)體藍(lán)素P700葉綠醌葉綠素ANADPH重點(diǎn)2.photophosphorylation(光合磷酸化)NoncyclicPhotophosphorylation(非環(huán)式光合磷酸化)重點(diǎn)CyclicPhotophosphorylation(環(huán)式光合磷酸化)Inhibitorsofelectrontransport:NH2OH(羥胺):H2OPSⅡ的電子流DCMU:PSⅡ上的Q
PQ的電子傳遞KCN和Hg:抑制PC的氧化InhibitorofphotosynthesisChemicaluncouplers
DNP,CCCP(羰基氰-3-氯苯腙)、短桿菌肽D、尼日利亞菌素、NH+4等inhibitorsofphotophosphorylation二環(huán)己基碳二亞胺(DCCD)、對(duì)氯汞基苯(PCMB):CF1Oligomycin:bindCfoandinhibitphotophosphorylation
C3途徑(C3pathway)C4途徑(C4pathway)CAM(景天科酸代謝,Crassulaceanacidmetabolism)途徑3.CarbondioxidefixationAlsocalledcarbondioxideassimilation(CO2同化)3.1C3
pathwayRibulose-1,5-Bisphosphate(RuBP)IstheCO2AcceptorinCO2Fixation重點(diǎn)(1)carboxylationphase(羧化階段)Ribulose-1,5-BisphosphateCarboxylase/Oxygenase(Rubisco)重點(diǎn)3-P-甘油酸Ribulose-1,5-BisphosphateCarboxylase(8L+8Ssubunits)
重點(diǎn)(2)reductionphase(還原階段)PGA(3-磷酸甘油酸)GAP(甘油醛-3-磷酸)PGA+ATP+NADPH+H+→→GAP+ADP+NADP++Pi
PGA是一種有機(jī)酸,要達(dá)到糖的能級(jí),必須使用同化力(ATP與NADPH)使PGA的-COOH轉(zhuǎn)變成GAP的-CHO重點(diǎn)PGA+ATP+NADPH+H+→GAP+ADP+NADP++Pi
(3)regenerationphase(再生階段)
GAP(甘油醛-3-磷酸)RuBP(核酮糖-1,-5-二磷酸)
重點(diǎn)5GAP+3ATP+2H2O→3RuBP+3ADP+2Pi+3H+
見(jiàn)下頁(yè)P(yáng)PT轉(zhuǎn)酮酶(2C)轉(zhuǎn)醛酶(3C)反應(yīng)式:
5GAP+3ATP+2H2O→3RuBP+3ADP+2Pi+3H+5GAP+3ATP+2H2O→3RuBP+3ADP+2Pi+3H+6CO21Glc12NADPH18ATPStoichiometryofCO2assimilationintheCalvincycle.ForeverythreeCO2
moleculesfixed,onemoleculeoftriosephosphate(glyceraldehyde3-phosphate)isproducedand9ATPand6NADPHareconsumed.重點(diǎn)alternativefatesofthefixedcarbonofglyceraldehyde3-phosphate(3-P-甘油醛)Themostisrecycledtoribulose1,5-bisphosphate“extra”glyceraldehyde3-phosphateBeusedimmediatelyasasourceofenergyBeconvertedtosucrose(蔗糖)fortransportBestoredinthechloroplastasstarch重點(diǎn)mitochondrialrespiration,Inthedark,theoxidationofsubstratestoCO2andtheconversionofO2toH2O.photorespiration,inplants,likemitochondrialrespiration,consumesO2andproducesCO2,likephotosynthesis,isdrivenbylight.PhotorespirationandtheC4andCAMPathwaysThereactionwithO2resultsinnofixationofcarbonsalvagingthecarbonsfrom2-phosphoglycolate(2-磷酸乙醇酸)ribulose1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase磷酸乙醇酸磷酸乙醇酸乙醇酸甘油酸Theoxygenasereationofrubisco-乙醇酸途徑過(guò)氧化物酶體乙醇酸乙醛酸甘氨酸光呼吸中的CO2釋放羥丙酮酸重點(diǎn)manyplants,growinthetropics(andintemperate-zonecropplantsnativetothetropics),suchasmaize玉米,sugarcane甘蔗,andsorghum高粱amechanismhasevolvedtocircumventtheproblemofwastefulphotorespiration(光呼吸).Carbonassimilation(碳同化)inC4plantsTheC4pathway,involvingmesophyllcells(葉肉細(xì)胞)bundle-sheathcells(維管束鞘細(xì)胞)predominatesinplantsoftropicalorigin.mesophyll
cell
(葉肉細(xì)胞):PEPcarboxylase(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,PEPC)以及與C4二羧酸生成有關(guān)的酶BSC(維管束鞘細(xì)胞):Rubisco等參與C3途徑的酶、乙醇酸氧化酶以及脫羧酶。C4Plants,CO2FixationandRubiscoActivityAreSpatiallySeparatedPEPcarboxylase(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,PEPC)以及與C4二羧酸生成有關(guān)的酶Rubisco等參與C3途徑的酶、乙醇酸氧化酶以及脫羧酶mesophyll
cell
(葉肉細(xì)胞)BSC(維管束鞘細(xì)胞)重點(diǎn)三種亞類(lèi)型依賴(lài)NADP的蘋(píng)果酸酶(NADPmalicenzyme)的蘋(píng)果酸型(NADP-ME型);依賴(lài)NAD的蘋(píng)果酸酶(NADmalicenzyme)的蘋(píng)果酸型(NAD-ME型);具有PEP羧激酶(PEPcarboxykinase)的天冬氨酸型(PCK型)。
NADP-ME型NAD-ME型重點(diǎn)PEP羧激酶PCK型重點(diǎn)是植物光合碳同化對(duì)熱帶環(huán)境的一種適應(yīng)方式
有“CO2泵”濃縮CO2的機(jī)制,具有較高的光合速率C4植物同化CO2消耗的能量比C3植物多,故在光強(qiáng)及溫度較低的情況下,其光合效率還低于C3植物。
意義重點(diǎn)CAM(景天酸代謝途徑)
crassulaceanacidmetabolism,theplantsarecalledCAMplants.晚上氣孔開(kāi)啟,葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中由PEPC固定CO2
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