生物專業(yè)英語第二章光合作用教材課件

Class1過道AisleClass2過道AisleClass330111010112991026291299122881125281388132771224271477142661323261566152551422251655162441521241744172331620231833182221719221922192111821201120窗戶WINDOWS墻WALLPleasefindyourseat.UnitTwo

Photosynthesis主講:賀承光ROMEOPartⅠ:Warming–up2023/7/203plants:

sunlightphotons

Glucose93millionmilescarbondioxideoxygen2023/7/204H2O英文描述PhotosynthesisistheconversionofenergyfromtheSuntochemicalenergy(sugars)bygreenplants.The"fuel"forecosystemsisenergyfromtheSun.Sunlightiscapturedbygreenplantsduringphotosynthesisandstoredaschemicalenergyincarbohydratemolecules.Theenergythenpassesthroughtheecosystemfromspeciestospecieswhenherbivoreseatplantsandcarnivoreseattheherbivores.Andtheseinteractionsformfoodchains.

herbivore[?h?:b?v?:(r)]carnivore[?kɑ:n?v?:(r)]光合作用是綠色植物將來自太陽的能量轉(zhuǎn)化為化學能(糖)的過程。生態(tài)系統(tǒng)的“燃料”來自太陽能。綠色植物在光合作用中捕獲光能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔锎鎯瘜W能。然后能量通過食草動物吃植物和食肉動物吃食草動物這樣的過程，在生態(tài)系統(tǒng)的物種間傳遞。這些互動形式組成了食物鏈。Whatisphotosynthesis?2023/7/205Whatisphotosynthesis?光合作用的意義:①提供了物質(zhì)來源和能量來源②維持大氣中氧和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定③對生物的進化具有重要作用1,substance,energy2,O2<>CO23,evolution對于生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是它們賴以生存的關(guān)鍵。而地球上的碳氧循環(huán)，光合作用是必不可少的.2023/7/206內(nèi)膜外膜基質(zhì)stroma基粒類囊體(基粒)thylakoid2023/7/207

光反應(yīng)

lightreaction

暗反應(yīng)

Darkreaction類囊體膜

基質(zhì)2023/7/208水與植物生長Discovery2023/7/2091771年英國的普利斯特萊（J.Pristly）通過植物和動物之間進行氣體交換的實驗，第一次成功地應(yīng)用化學的方法研究植物的生長，得知吸收二氧化碳、同時放出氧氣與植物生長相關(guān)1771普利斯特利（Pristly）實驗2023/7/2010

21.蠟燭易熄滅、小白鼠易窒息而死；2.蠟燭不容易熄滅；3.小白鼠不易窒息而死。

1

32023/7/2011結(jié)論：植物可以更新空氣有人重復(fù)了普利斯特利的實驗，得到相反的結(jié)果，所以有人認為植物也能使空氣變污濁？上述實驗都是在光照下進行的。于是，他得出了結(jié)論：植物能夠更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了的空氣。但是，他沒有發(fā)現(xiàn)光在植物更新空氣中的作用，而是將空氣的更新歸因于植物的生長.2023/7/2012光與光合1779年，荷蘭的英格豪斯他認為植物能夠更新空氣必需要有陽光2023/7/20131785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的是O2，吸收的是CO2.水二氧化碳氧氣光？2023/7/2014淀粉與光合1864年，薩克斯實驗2023/7/2015黑暗處理一晝夜讓一張葉片一半曝光一半遮光用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍色，遮光的一半則沒有顏色變化。光合作用釋放的O2來自CO2還是H2O？綠葉在光下制造淀粉結(jié)論2023/7/20161880年,德國科學家思吉爾曼用水綿進行光合作用的實驗。把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境里，然后用白光束對水綿細胞的不同部位（如a處）做點狀投射，發(fā)現(xiàn)水中的好氧細菌明顯聚集在葉綠體被光投射處；若將裝片完全暴露在光下，好氧細菌則分布在葉綠體所有受光部位的周圍。證明:葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所2023/7/2017

返回光合作用氧氣來源的探究（１８３９年）2023/7/2018第一組光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組180202美國魯賓和卡門實驗（同位素標記法）結(jié)論光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的？2023/7/201920世紀40年代2023/7/2020美國卡爾文用14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)--Calvin-BensonCycle光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO22023/7/2021PartⅡ:

ⅰGlossary

ⅱTextAnalysis

2023/7/2022Photosynthesisn.光合作用Chlorophylln.葉綠素Protistn.原生生物Exergonica.放能的Endergonica.吸能的Chloroplastn.葉綠體Thylakoidn.類囊體Glossary2023/7/2023Photosynthesisoccursonlyinthechlorophyll-containingcellsofgreenplants,algae,andcertainprotistsandbacteria.光合作用只發(fā)生在含有葉綠素的綠色植物細胞，藻類，某些原生生物和細菌之中。Introduction2023/7/2024Overall,itisaprocessthatconvertslightenergyintochemicalenergythatisstoredintheformofmolecularbonds.總體來說，這是一個將光能轉(zhuǎn)化成化學能，并將能量貯存在分子鍵中。2023/7/2025Fromthepointofviewofchemistryandenergetics,itistheoppositeofcellularrespiration.從化學和熱力學(動能學)角度來看，它是細胞呼吸作用的逆反應(yīng)Whereascellularrespirationishighlyexergonicandreleasesenergy,photosynthesisrequiresenergyandishighlyendergonic.但是細胞呼吸作用是高度放能的，光合作用是需要能量的,并且是高度吸能的過程。2023/7/2026PhotosynthesisstartswithCO2andH2Oasrawmaterialsandproceedsthroughtwosetsofpartialreactions.光合作用以二氧化碳和水為原材料并經(jīng)歷兩步化學反應(yīng)。

Inthefirstset,calledthelight-dependentreactions,watermoleculesaresplit(oxidized),O2isreleased,andATPandNADPHareformed.第一步，稱光反應(yīng)，水分子裂解（分解）(被氧化)，氧分子被釋放，ATP和NADPH形成。Thesereactionsmusttakeplaceinthepresenceoflightenergy.此反應(yīng)必須在存在光能的條件下發(fā)生。2023/7/20272023/7/2028Inthesecondset,calledlight-independentreactions,CO2isreduced(viatheadditionofHatoms)tocarbohydrate.第二步，稱暗反應(yīng)，二氧化碳被還原成碳水化合物。ThesechemicaleventsrelyontheelectroncarrierNADPHandATPgeneratedbythefirstsetofreactions.這步反應(yīng)依賴于由第一步反應(yīng)產(chǎn)生的電子載體NADPH以及ATP。2023/7/20292023/7/2030Bothsetsofreactionstakeplaceinchloroplasts.

兩步反應(yīng)都發(fā)生在葉綠體中。Mostoftheenzymesandpigmentsforthelight-dependentreactionsareembeddedinthethylakoidmembraneofchloroplasts.光反應(yīng)需要的大部分酶和色素都是包埋在葉綠體的類囊體膜上。Thedarkreactionstakeplaceinthestroma.暗反應(yīng)發(fā)生在基質(zhì)中。2023/7/2031

1.Howlightenergyreaches

photosyntheticcells

光合細胞如何吸收光能2023/7/2032Glossaryabsorptionspectrum：吸收光譜Carotenoid：類胡蘿卜素Antenna：天線、觸角Funnel：漏斗、煙窗Aggregation：集合體、聚合Photosystem：光系統(tǒng)2023/7/2033Theenergyinlightphotonsinthevisiblepartofthespectrumcanbecapturedbybiologicalmoleculestodoconstructivework.生物分子能捕獲可見光譜中光子的能量。Thepigmentchlorophyllinplantcellsabsorbsphotonswithinaparticularabsorption

spectrum—astatementoftheamountoflightabsorbedbychlorophyllatdifferentwavelengths.植物細胞中的葉綠素可以吸收特定吸收光譜中的光子。2023/7/2034Whenlightisabsorbeditaltersthearrangementofelectronsintheabsorbingmolecule.在吸收光能時,光可以改變捕光分子中的電子排列。Theaddedenergyofthephotonbooststheenergyconditionofthemoleculefromastablestatetoaless-stableexcitedstate.光子的能量激活了分子的能量狀態(tài)，使其從基態(tài)（穩(wěn)定態(tài)）進入激發(fā)態(tài)（不穩(wěn)定的）。

2023/7/2035Duringthelight-dependentreactionsofphotosynthesis,astheabsorbingmoleculereturnstothegroundstate,the“excess”excitationenergyistransmittedtoothermolecularandstoredaschemicalenergy.在光合作用的光反應(yīng)中,當捕光分子回到基態(tài)時,額外的激發(fā)能被轉(zhuǎn)移到其它分子中并且以化學能的形式貯存.2023/7/2036Light

strikinganyoneofthepigmentmoleculesisfunneledtoaspecialchlorophyllamolecule,termedareaction-centerchlorophylls,whichdirectlyparticipatesinphotosynthesis。激活色素分子的光能象進入漏斗一樣被轉(zhuǎn)移到直接參與光合作用的反應(yīng)中心葉綠素分子中。2023/7/2037(黃綠色)(黃色)(橙黃色)(藍綠色)吸收藍紫光,保護吸收紅光、藍紫光與作用光合色素在光合作用吸收和傳遞功能的色素。葉綠素、類胡蘿卜素。Carotenoidcarotinluteinchlorophyll2023/7/2038Allphotosyntheticorganismscontainvariousclassesofchlorophyllsandoneormorecarotenoidpigmentsthatalsocontributetophotosynthesis.Groupsofpigmentmoleculescalledantennacomplexesarepresentonthylakoids.所有的光合生物都含有各種類型的葉綠素和一種或多種與光合作用相關(guān)的類胡蘿卜素分子.天線色素分子群（稱作天線復(fù)合體的色素分子群）存在于類囊體中。2023/7/2039Mostphotosyntheticorganismspossesstwotypesofreaction-centerchlorophylls,P680andP700,eachassociatedwithanelectronacceptormoleculeandanelectrondonormolecule.TheseaggregationsareknownrespectivelyasphotosystemI(P700)andphotosystemII(P680).大多數(shù)光合生物含有兩個反應(yīng)中心葉綠素分子，P680和P700，每個都與電子受體和電子供體相連。這些集合體分別是大家熟知的光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ。2023/7/2040

光系統(tǒng)photosystem

光系統(tǒng)--進行光吸收的功能單位稱,是由葉綠素、類胡蘿卜素、脂和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物。每一個光系統(tǒng)含有兩個主要成分∶捕光復(fù)合物(light-harvestingcomplex)光反應(yīng)中心復(fù)合物(reaction-centercomplex)。光系統(tǒng)的兩種類型光系統(tǒng)Ⅰ（photosystemⅠ，簡稱PSⅠ）顆粒較小，直徑11nm，主要分布在類囊體膜（基質(zhì)片層和基粒片層）的非垛疊部分；PSⅠ核心復(fù)合體反應(yīng)中心色素P700（最大吸收波長為700nm）。光系統(tǒng)Ⅱ（photosystemⅡ，簡稱PSⅡ）

顆粒較大，直徑約17.5nm，主要分布在類囊體膜（基粒片層）的垛疊部分；PSⅡ反應(yīng)中心色素為P680（最大吸收波長為680nm）。2023/7/2041兩個光系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)紅降現(xiàn)象（reddrop）--當光子波長大于685nm（遠紅光）時，雖然仍被葉綠素大量吸收，但量子產(chǎn)額急劇下降愛默生增益效應(yīng)（Embersoneffect）--在遠紅光（700nm）之外再加上較短波長的紅光（小于或等于680nm）,會促進光合效率的現(xiàn)象被稱為雙光增益效應(yīng)（enhancementeffect）雙光增益效應(yīng)證明有兩個光合系統(tǒng).光系統(tǒng)中的光吸收色素的功能像是一種天線，將捕獲的光能傳遞給中心的一對葉綠素a,由葉綠素a激發(fā)一個電子，并進入光合作用的電子傳遞鏈.2023/7/20422.Thelight-dependentreaction:convertingsolarenergyintochemical-bondenergy

光反應(yīng)：太陽能轉(zhuǎn)化成化學能2023/7/2043Cleavev.裂開、劈開Plastiquinonen.質(zhì)醌--循環(huán)電子傳遞Ferredoxinn.[生化]鐵氧化還原蛋白Coenzyme輔酶Photophosphorylation光合磷酸化noncyclicphotophosphorylation非環(huán)形光合磷酸化ribulosebiphosphate核酮糖二磷酸carboxylasen.羧(基)酶,羧化酶2023/7/2044photorespirationn.[生化]光呼吸(作用)Anatomyn.剖析,解剖學aridadj.干旱的,貧瘠的(土地等),無趣的,沉悶的lessenv.減少,減輕2023/7/2045Thephotosystemsofthelight-dependentreactionsareresponsibleforthepackagingoflightenergyinthechemicalcompoundsATPandNADPH.Thispackagingtakesplacethroughaseriesofoxidation-reductionreactions

setinmotionwhenlightstrikestheP680reactioncenterinphotosystemII.光反應(yīng)的光系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)化成化合物（化學復(fù)合物）ATP和NADPH。當光激活光系統(tǒng)Ⅱ的光反應(yīng)中心時，該轉(zhuǎn)化過程是通過一系列的氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)的。2023/7/2046Inthisinitialeventwatermoleculesarecleaved,oxgenisreleased,andelectronsaredonated.反應(yīng)開始時，水被分解，氧被釋放并提供電子。Theseelectronsareacceptedfirstbyplastiquinoneandthenbyaseriesofcarriesastheydescendanelectrontransportchain.電子首先傳遞給質(zhì)體醌，然后通過一系列載體形成的電子傳遞鏈。

2023/7/2047Foreachfourelectronsthatpassdownthechain,twoATPsareformed.ThelastacceptorinthechainistheP700reactioncenterofphotosystemI.每傳遞4個電子，形成2個ATP。電子傳遞鏈上的最后一個受體是光系統(tǒng)Ⅰ的反應(yīng)中心。2023/7/2048Atthispointincomingphotonsboosttheenergyoftheelectrons,andtheyareacceptedbyferredoxin.此處光子激活電子，電子傳遞給鐵氧還蛋白。Ferredoxinisthenreoxidized,andthecoenzymeNADP+isreducedtotheNADPH.鐵氧還蛋白再氧化，并且輔酶NADP+還原成NADPH。TheATPgeneratedpreviouslyandtheNADPHthentakepartinthelight-independentreactions.先前（早期）產(chǎn)生的ATP和NADPH進入（然后參與）暗反應(yīng)。2023/7/2049TheproductionofATPfromthetransportofelectronsexcitedbylightenergydownanelectrontransportchainistermedphotophosphorylation.由電子傳遞鏈偶連（由光激發(fā)的）產(chǎn)生ATP的過程稱為光合磷酸化。2023/7/2050Theone-wayflowofelectronsthroughphotosystemsIIandIiscallednoncyclicphotophosphorylation;plantsalsoderiveadditionalATPthroughcyclicphotophosphorylation,inwhichsomeelectronsareshuntedbackthroughtheelectrontransportchainbetweenphotosystemIIandI.通過光合系統(tǒng)Ⅱ流經(jīng)光合系統(tǒng)Ⅰ的電子路徑稱非循環(huán)式光合磷酸化；植物也可以通過循環(huán)式光合磷酸化獲得額外的ATP，在循環(huán)式光合磷酸化過程中,一些電子在光系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ之間的電子傳遞鏈中回流。2023/7/20512023/7/20523.Thelight-independentreactions:buildingcarbohydrates

暗反應(yīng)：碳水化合物的形成2023/7/2053Inthelight-independentreactionsofphotosynthesis,whicharedrivenbyATPandNADPH,CO2isconvertedtocarbohydrate.ThereactionarealsoknownastheCalvin-Bensoncycle.由ATP和NADPH驅(qū)動的暗反應(yīng)中，二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳水化合物。該反應(yīng)也就是卡爾文循環(huán)。2023/7/2054反應(yīng)場所為葉綠體內(nèi)的基質(zhì)Calvincycle劃分為三個階段：Phase1：Carbonfixation碳的固定大部分植物會將吸收到的二氧化碳通過二磷酸核酮糖羧化酶(ribulose-bisphosphatecarboxylase)

作用整合到一個五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。Phase2:G3P(PGAL)Reduction磷酸甘油醛的合成glyceraldehyde-3-phosphatePhosphoglyceraldehydePhase3：RegenerationofCO2acceptor(RuBP)CO2接收物的再形成二磷酸核酮糖2023/7/2055AtomsphericCO2isfixedasitreactswithribulosebiphosphate(RuBP),areactionthatiscatalyzedbytheenzymeribulosebiphosphatecarboxylase.ThereductionofCO2tocarbohydrateiscompletedviaseveralmorestepsofthecycle.Finally,RuBPisregeneratedsothatthecyclemaycontinue.在二磷酸核酮糖羧化酶催化下,二磷酸核酮糖(RuBP)與空氣中的CO2反應(yīng),從而將二氧化碳固定。CO2被還原成碳水化合物是通過卡爾文循環(huán)的其它若干反應(yīng)來實現(xiàn)的。最后,RuBP再生,該循環(huán)從而得以繼續(xù)。

2023/7/20564.Oxygen:Aninhibitionofphotosynthesis

氧氣：光合作用的抑制劑2023/7/2057Highlevelsofoxygeninplantcellscandisruptphotosynthesisandcancausephotorespiration—aninefficientformofthedarkreactionsinwhichO2isfixedratherthanCO2andnocarbohydrateisproduced.植物細胞中的高水平的氧氣分子可以阻斷光合作用,引起光呼吸,在光呼吸中,固定的是O2而不是CO2,,并且沒有碳水化合物的形成。

2023/7/20585.Reprievefromphotorespiration:theC4pathway

減緩光呼吸:C4途徑2023/7/2059CO2同化的最初產(chǎn)物不是光合碳循環(huán)中的三碳化合物3-磷酸甘油酸，而是四碳化合物蘋果酸或天門冬氨酸的植物。又稱C4植物。如玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。而最初產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸的植物則稱為碳三植物（C3植物）MostplantsareC3plant;theyexperiencedecreasedcarbohydrateproductionunderhot,dryconditionsasaresultoftheeffectsofphotorespiration.AmongC4plants,however,specialleafanatomyandauniquebiochemicalpathwayenabletheplanttothriveinaridconditions.大多數(shù)植物是碳3植物;在高溫干旱條件下，由于光呼吸作用的影響,碳水化合物產(chǎn)量降低。而在碳4植物中，由于葉片的特殊結(jié)構(gòu)和獨特的化學路徑使植物在干旱的條件下依然很茂盛。2023/7/2060ThusC4plantslessenphotorespirationbycarryingoutphotosynthesisonlyincellsthatareinsulatedfromhighlevelsofCO2.Theyalsopossessanovelmechanismforcarbonfixation.碳4植物僅僅在免受高濃度CO2的細胞中進行光合作用來減輕光呼吸。C4植物還擁有一個不同的碳固定機制。

C4植物與C3植物的一個重要區(qū)別是C4植物的CO2補償點很低，而C3植物的補償點很高，所以C4植物在CO2含量低的情況下存活率更高。2023/7/2061Mathematicalsymbols常用數(shù)學符號

+加號,加plus+正號positive

-減號,減minus

-負號,負negetive±加或減plusorminus±正或負plusorminus·乘multipliedbytimesinto÷除dividedby:比proportionalto=等號equalsign=等于toequal,toequals>大于greaterthan<小于lessthan≥大于等于greaterthanorequal≤小于等于lessthanorequal≡恒等于identicalwith≈約等于approximatelyequal相似于similarto→趨近于approaches∑求和summstionof;sigma

2023/7/2062(1)Addition加法1+2=3Oneandtwoarethree.2+3=5Twoplusthreeequalsfive.4+0=4Fourandnoughtisequaltofour.(2)Subtraction減法9-4=5Nineminusfourequals(orisequalto)five.15-7=8Sevenfromfifteenleaveseight.2023/7/2063(3)Multiplication乘法1×0=0Onemultipliedbynoughtequalsnought.1×1=1Onceoneisone.2×1=2Twiceoneistwo.3×5=15Threetimesfiveisfifteen6×0=0Multiplysixbynothing,andtheresultisnothing.(4)Division除法9÷3=3Ninedividedbythreemaks(orisequalto)three.20÷5=4Fiveintotwentygoesfourtimes.4567÷23=198余1323into4567goes198times,and13remainder.2023/7/2064a=b1)aequalstob2)aisequaltob3)aisba≠baisnotequaltob;aisnotba>baisgreaterthanba≥baisgreaterthanorequaltoba≤baislessthanorequaltoba≈baapproximatelyequal(s)ba±baplusorminusb(a+b)(a-b)aplusb,aminusb(a+b)2aplusballsquared(a÷b)2aoverballsquared1:2theratioofonetotwo1/2ahalf;onehalf1/3athird;onethird1/100a[one]hundredth1/1000a[one]thousandthlogaxlogarithm(base)ofxlnxnaturallogarithmofx2023/7/2065x21)xsquare;xsquured2)xtothesecondpower3)thesquareofx4)