第十一章光合作用及化學(xué)模擬化學(xué)

第十一章光合作用及化學(xué)模擬化學(xué)第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五光合作用的生物無(wú)機(jī)化學(xué)

光反應(yīng)（photoreaction）暗反應(yīng)（darkreaction）光反應(yīng)需要光合色素（phytochrome）作為媒介，把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，其溫度系數(shù)（temperaturecoefficient）為零或很低。光反應(yīng)主要包括光合磷酸化反應(yīng)和水的光氧化反應(yīng)。暗反應(yīng)的溫度系數(shù)較高。主要是一些酶促反應(yīng)，包括CO2的固定和還原。光合色素

光合作用器官，葉綠體（chloroplast），葉綠素（chlorophyll,Chl）三類主要的光和色素，葉綠素（chlorophyll），類胡蘿卜素（carotenoid）和藻膽素（phycobilin）。葉綠素a，b，c，d。只有葉綠素a具有光學(xué)活性。第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五幾種葉綠素的吸收光譜數(shù)據(jù)葉綠素λmax/nm（有機(jī)溶劑中）來(lái)源葉綠素a420；660全部高等植物與藻類葉綠素b435；643全部高等植物與藻類葉綠素c445；625硅藻和褐藻葉綠素d450；690紅藻第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五胡蘿卜素是一個(gè)含有11個(gè)雙健的不飽和化合物，有12個(gè)同分異構(gòu)體，常見(jiàn)的是β—胡蘿卜素。葉黃素是β—胡蘿卜素衍生的二元醇。它們的結(jié)構(gòu)式如下：

葉黃素β—胡蘿卜素第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五光合作用的電子傳遞和兩個(gè)光合系統(tǒng)（Photosystem）

在光合作用過(guò)程中，只有兩種形態(tài)的葉綠素a能直接參與光化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)它們的最大吸收波長(zhǎng)定名為P700和P680，分別記為Chla1，Chla2稱為反應(yīng)中心色素（reactioncenterpigment）,其它稱為輔助色素或天線色素（antennapigment）。約300個(gè)光合色素分子的集合體稱為一個(gè)光合作用單位。1.光合系統(tǒng)I2.光合系統(tǒng)II第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

兩個(gè)光合系統(tǒng)

第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

P680＋是比P700＋更強(qiáng)的氧化劑，它的氧化還原電位比水氧化的電位（＋0.82V）略高。P680＋可能是通過(guò)含Mn蛋白把水氧化放出氧氣，同時(shí)獲得電子使自身還原。在兩個(gè)光合系統(tǒng)之間，細(xì)胞色素f或質(zhì)體藍(lán)素起著橋梁作用。第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五兩個(gè)光系統(tǒng)的協(xié)同作用

第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五光合放氧V.Niel認(rèn)為綠色植物光合作用的總反應(yīng)反應(yīng)方程式為：CO2+4H2O(CH2O)+3H2O+O2這是下列三反應(yīng)的總和：第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

氧的來(lái)源是水而不是二氧化碳。要放出一分子氧，必須從兩分子水中取出4個(gè)電子。由于吸收1個(gè)光量子只能放出1個(gè)電子，并產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)氧化劑P680+，因此必須把4次光反應(yīng)的結(jié)果加在一起才能發(fā)生一次放氧。B.Kok等對(duì)放氧機(jī)理提出一個(gè)4步模式：

根據(jù)這一模式，必須有一種放氧O2系統(tǒng)，目前認(rèn)為這種放氧酶系統(tǒng)是含Mn蛋白質(zhì)復(fù)合體。光合系統(tǒng)II在每次光激發(fā)（photoact）后，就有一個(gè)電子從P680傳到受體Q，而P680＋又從Mn蛋白復(fù)合體得到一個(gè)電子而被還原。Mn蛋白復(fù)合體累計(jì)失去4個(gè)電子時(shí)就能使水放出1分子氧，并恢復(fù)最初的狀態(tài)S0。

EXAFS研究表明，含Mn蛋白復(fù)合體活性中心中，兩對(duì)Mn-Mn距離分別為0.27nm和0.33nm，Mn原子以類似Hr的方式通過(guò)氧化物（μ－O）或氫氧化物（μ－OH）橋聯(lián)起來(lái)。保留配體為蛋白中氨基酸殘基的O或N給體原子。四核簇合物反應(yīng)過(guò)程處于不同的氧化水平，其中S4最不穩(wěn)定，它隨分子氧的釋放而恢復(fù)到S0。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

Mn四核簇合物的四電子氧化還必須有Ca2+和Cl－的參與。由于缺乏結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，還不能詳細(xì)討論它們的作用，下面為其模型化合物。狀態(tài)放氧中心結(jié)構(gòu)新模型

S0第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于202