叶绿体的结构和成分.ppt

一、叶绿体的结构和成分 二、光合色素的化学特性 三、光合色素的光学特性 四、叶绿素的形成第二节第二节 叶绿体及叶绿体色素叶绿体及叶绿体色素 一、叶绿体的结构和成分• 高等植物的叶绿体多呈扁平的椭圆形，直径约3～6μ，厚约2～ 3μ • shade leaves>sun leaves • 20～200/cellThe photograph of chloroplast under electronic microscope• 外膜：双层，选择性通透，使 叶绿体成为独立的亚细胞单位 • 基质（间质）：不定型凝胶状 ，含丰富的酶、核酸、嗜饿体 、核糖体、淀粉粒等• •类囊体：类囊体：由膜构成的囊状结构由膜构成的囊状结构1 基粒类囊体 (基粒片层) 2 基质类囊体 (基质片层) * 所有的光合色素均位于类 囊体膜上 * 每个类囊体的膜围成一个 腔，腔内充满水和盐类。

Chloroplast: structure and function被膜被膜 ( (envelop)envelop)类囊体类囊体 ( (thylacoidthylacoid) )叶绿体叶绿体 ( (ChloroChloro- - plastplast））外被膜外被膜——permeabilitypermeability内被膜内被膜——selective selective permeability permeability (H(H2 2O,OO,O2 2,CO,CO2 2—— Free; Pi, TP, Free; Pi, TP, aaaa--Transporters)--Transporters)膜膜——光合色素、光合链光合色素、光合链————原初反应、电子传递和光合磷酸原初反应、电子传递和光合磷酸 化（光合膜化（光合膜 photosynthetic membranephotosynthetic membrane））腔腔——光合放光合放OO2 2间质（间质（stromastroma）） ————光合碳循环酶（光合碳循环酶（RubiscoRubisco), ), COCO2 2固定固定( (同化同化); ); DNADNA，，RNARNA，，核糖体核糖体7070S——S——部分遗传自主部分遗传自主Elements of chloroplastH2O：75-80%。

Dry matter：20-25% Proteins：30-50%——糖proteinLipids：20-30%，优势的为MGDG和DGDG，PG占总脂的 10%左右 Pigments：8%Ash：10% 空间结构—— “板块流动模型”Chloroplasts assembled perpendicular to light direction under low light intensityChloroplasts assembled parallel to light direction under high light intensity 弱光强光叶绿体的发育光光暗暗光光原质体原质体前质体前质体叶绿体发育叶绿体发育叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁， 在与非绿色细胞(如表皮细胞和维管束细胞)相邻处，通常 见不到叶绿体这样的分布有利于叶绿体同外界进行气 体交换叶叶 绿绿 体体 的的 分分 布布二、光合色素的种类聚光色素(天线色素)作用中心色素据作用分类（一）光合色素种类（一）光合色素种类分类叶绿素类类胡萝卜素类叶绿素类a (蓝绿色)叶绿素类b (黄绿色)胡萝卜素(carotene) (橙黄色)叶黄素(xanthophyll) (黄 色)藻 胆 素 (Phycocobilins) (chlorophyll)(carotenoid)所有的叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中chlorophyll（二（二））光合色素分布光合色素分布二、光合色素的化学特性二、光合色素的化学特性（一）叶绿素 Chlorophylls 1 卟啉环头部： * 4个吡咯环，其中心1个Mg与4个环 上的N配位结合。

* 带电，是发生e跃迁和氧化还原反 应的位置 * 呈极性，亲水，与类囊体膜上的蛋 白结合 2 双羧酸尾部： * 1个羧基在副环(V)上的以酯键与 甲基结合－－甲基酯化; * 另一个羧基（丙酸）在IV环上与植 醇（叶绿醇）结合－－植醇基酯化 * 非极性，亲脂，插入类囊体的疏水 区，起定位作用1. Chl a 2. Chl b: 环II上甲基被醛基取代 3. Chl c: 缺乏长链尾部 4. Chl d: 环I上亚甲基被氧醛基取 代CHlaCHlbCHldCHlc不溶于水，溶于有机溶剂（乙醇、丙酮、石油醚），干叶必须用 含水的有机溶剂抽提Chl aChl b叶绿素空叶绿素空 间结构间结构 示意图示意图叶绿素功能绝大部分叶绿素a分子和全部叶绿素b分子具有收集和传递光能作用，少数特殊状态的叶绿素a分子有将光能转化为电能的作用！（二）类胡萝卜素 Carotenoids• 1. 8个异戊二烯单位形成的四萜 2. 两头对称排列紫罗兰酮环 3. 不饱和C、H结构，疏水、亲脂 • 类胡萝卜素都不溶于水，而溶于有机溶剂。

• 胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈鲜黄色 • 四萜化合物——共轭双键体系——吸收和传递光能叶绿素chlorophyll （上）和胡萝卜素carotene分子模型类胡萝卜素功能类胡萝卜素分子具有收集和传递光能作用，除此之外还有防护叶绿素免受多余光照伤害的功能！三、光合色素的光学特性三、光合色素的光学特性连续光谱与吸收光谱（absorption spectrum）光连续光谱光吸收光谱• Absorption spectrum Chl:强吸收区: 640-700nm(红) 不吸收区: 500-600nm (呈绿） 在红光区Chla 的吸收峰波长 长于Chlb 的吸收峰波长， 在蓝紫光区Chla 的吸收峰波 长短于Chlb的吸收峰波长 • Carotene: 强吸收区: 400-500 (蓝紫); 不吸收区：500以上 （呈黄色或棕色 ） • 类胡萝卜素除吸 收和传递光能以 外，还可稳定质 体中的叶绿素分 子，防止其自身 氧化或被阳光破 坏植物的叶色ChlChl/ /CaroCaro = 3/1 = 3/1 ChlaChla/ /ChlbChlb= 3/1= 3/1 ChlChl易被破坏易被破坏( (衰老和逆境衰老和逆境 ) )；； 而而Caro Caro 很稳定很稳定荧光 (fluorescence) 与磷光 (phosphorescence)荧光现象:叶绿素提取液在透射光下为绿色，在反射光下为红色叶绿素提取液在透射光下为绿色，在反射光下为红色( (叶绿叶绿 素素a a为血红色，叶绿素为血红色，叶绿素b b为棕红色为棕红色),),这种现象叫荧光现象这种现象叫荧光现象, ,发发 出的光叫荧光．荧光的寿命很短，约为出的光叫荧光．荧光的寿命很短，约为1010-9-9s s。

光照停止，光照停止， 荧光也随之消失在进行光合作用的叶片很少发出荧光荧光也随之消失在进行光合作用的叶片很少发出荧光当荧光出现后，立即中断光源，色素分子仍能持续短时当荧光出现后，立即中断光源，色素分子仍能持续短时 间的间的““余辉余辉””，这种现象，叫磷光现象，发出的光叫磷，这种现象，叫磷光现象，发出的光叫磷 光光, ,磷光的寿命为磷光的寿命为1010-2-2～～10103 3秒，强度仅为荧光的秒，强度仅为荧光的1%1%磷光现象 :• 光能的吸收和释放 光兼具波和粒子的双重性质： 1. C=λγ (C: 光速 3×108 m/s) 2. E= hγ= hC/λ (h: 普朗克常数，6.626×10-34 Js) 光子的能量与频率成正比，与波长成反比颜色紫外紫蓝绿黄橙红远红红外波长100-400400-425425-490490-550550-580585-640640-700700-740>740能量40029027423021219618116685基 态蓝光红光荧光磷光~ 60千卡第二单线态激发态叶绿素分子受光激发时电子能量水平图解~ 31千卡三线态放热~ 43千卡第一单线态荧光和磷光现象的产生荧光和磷光现象的产生• Chl*释放能量的方式：★ 处于第二单线态的Chl*以 热的形式释放部分能量；★ 处于第一单线态的Chl*以3 种形式释放能量。

• 该方式的能量用于光合作用• 激发态分子自发地衰减回到 基态所发出的光为荧光； • Chl发出的荧光为暗红色：Chl*能量的一小部分消耗于 分子内部振动上，辐射出的 光能弱于红光的能量，故其 荧光的波长略大于红光的波 长(>10nm),呈暗红色四、叶绿素的形成 Chl biosynthesis 合成途径合成途径：合成条件合成条件： 光照 温度 矿质元素合成前体合成前体：ð - 氨基酮戊酸谷氨酸或α-酮戊二酸→δ-氨基酮戊酸(ALA) → 2ALA →胆色素原（PBG) → 4PBG →尿卟啉原Ⅲ →粪卟啉原Ⅲ →有氧原卟啉Ⅸ → Mg-原卟啉(原卟啉Ⅸ与Fe结合，则可合成亚铁血红素) →原叶绿素酸酯→经光照还原为叶绿酸酯→叶绿素a →叶绿素bEnvironmental conditions influencing Chl biosynthesis(1) Light 原叶绿素酸酯→叶绿素酸酯，叶绿体发 育缺光黄化例外——柑桔种子及莲子的胚芽 (2)Temperature 约2-40℃，最适为30℃喜温植物 >10℃秋天黄叶，早春嫩芽，早稻秧苗 “节节白 ”等 (3)Mineral nutritions 缺N、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 时出现缺绿病。

(4)O2 缺O2时引起Mg2+原卟啉Ⅸ及(或)Mg2+原卟啉甲酯 积累，而不能合成叶绿素 (5)、H2O 缺水时，Chl形成受阻，易受破坏• 叶绿素分解：在Chl酶的作用下变为叶绿素酸 酯，再成为去Mg叶绿素酸酯，再逐步氧化分 解。