光合作用是怎样具体进行的? 光合作用( 二 )
1954年 , 美国科学家D. I. Arnon等人通过实验分析认为 , 光响应可以产生一种“同化力”来促进暗响应 , 而暗响应的本质就是利用这种“同化力”将无机碳(二氧化碳)转化为有机碳(糖) 。
1960年 , Hill等人提出了双光系统的概念 , 称接收长波光的系统为光系统ⅰ (PS ⅰ) , 接收短波长光的系统为光系统ⅱ (PS ⅱ) 。
1965年 , 伍德沃德在实验室人工合成叶绿素分子 , 获得诺贝尔奖(第三个) 。
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R.b .伍德沃德
20世纪80年代末 , Deisenhofer等人测量了光合细菌反应中心的结构 , 在理解膜蛋白复合体的细节和光合作用的初级反应方面取得了突出进展 , 并于1988年获得诺贝尔奖(第四名) 。
1992年 , 马库斯因研究包括光合作用电子转移在内的生命系统电子转移理论而获得诺贝尔奖(第五名) 。
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马库斯
20世纪90年代末 , 催化光合作用的光合磷酸化和呼吸作用的氧化磷酸化的酶的动态结构和反应机理的研究取得了重大进展 。沃克·博耶获得1997年诺贝尔奖(第六名) 。
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光合作用的进程如果把植物的叶子放在显微镜下 , 我们可以看到植物里面有绿色的体 , 是绿色的叶子 。
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如果再放大这些叶绿体 , 可以看到里面堆着扁平的类囊体 , 这些类囊体是光合反应的关键 。
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叶绿体含有类囊体 。
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类囊体是一种平坦的单层膜结构 , 上面有光合色素 。
类囊体是具有光合色素和电子转移链的单层膜结构 。
光合色素是将光能转化为化学能的主要基础 , 包括叶绿素和类胡萝卜素 。
其中 , 叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b , 比例约为3:1 , 总叶绿素与类胡萝卜素的比例也约为3:1 。
在叶绿素中 , 只有一小部分叶绿素A具有将光子转化为化学能的功能(中心色素) , 而其他所有光合色素(聚光色素)只有收集光子并将其传递给前者(中心色素)的功能 。
当光子照射在类囊体上时 , 类囊体上的绝大多数光合色素(凝聚色素)会将其收集起来 , 并传递给能够转换光子的叶绿素 。
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量子光照射在光合色素上 。
中心色素含有光能转换色素分子、电子受体和电子供体 。
当中心色素的光能转化色素分子被光子激活时 , 会向电子受体释放电子 , 电子受体带正电(氧化态) , 带负电为还原态 。
随后 , 光能转换颜料分子将从周围的电子供体吸收电子并被还原 。
这样 , 当氧化还原反应持续进行时 , 电子在受体和供体之间转移 , 直到它们转移到最终的电子供体 。
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我们常见的能够释放氧气的光合作用系统有两种光系统:长波光系统(PS ⅰ)和短波光系统(PS ⅱ) 。
系统ⅰ (PS ⅰ)可以被700 nm波长的光激发 , 也称为P700;光ⅱ (PS ⅱ)接收的峰值在680 nm , 也称为P680 。
PS ⅰ和PS ⅱ承担电子转移和氢离子(质子)转移的义务 。
当电子到达PS ⅱ体系时 , PS ⅱ上的析氧络合物将一个水分子分解成两个氢离子分子和一个氧分子 。
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当电子到达质体醌(PQ)时 , 另一个氢离子通过循环机制在类囊体中释放 。
这样 , 类囊体两侧就建立了氢离子浓度差(内高外低) 。
细胞色素b6f复合物将质子醌中的电子转移到质体蓝素(PC)上 , 后者又将电子转移到PS ⅰ上 。
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