7 光合作用
主讲,
7.1 光合作用的早期研究
7.2 光合自养生物是生
物圈的生产者
7.3 光的性质与叶绿素
7.4 光系统与光反应
7.5 暗反应与葡萄糖的
形成
7.1 光合作用的早期研究
1642年 比利时科学家
Helmont
1770年英国牧师
Priestley
大玻璃罩 老鼠 蜡烛
显微镜 气孔
? 氧气的来源
1930年,Stanford大学 Niel
细菌光合作用,CO2 + H2S CH2O + S
CO2 + H2O CH2O + O2
植物的光合作用表达式,
10年后 同位素示踪 CO2 + H218O CH2O + 18O2
证明：在光合作用中，不是 CO2而是 H2O被光解放出了 O2。
7.2 光合自养生物是生物圈的生产者
? 光合自养生物 植
物利用太阳能制造食
物分子供自我代谢需
要, 原料 CO2和 H2O，
为其它的生命直接或
间接地提供了食物,
是生物圈的生产者；
? 光合自养生物主要种类
陆生植物
藻类
光合细菌
植物：自养
食肉动物 食草动物
真菌：以有机物为营养
? 叶绿体和光合膜
叶片 叶绿体 分布于叶肉组织 气孔控制着 CO2 和 O2进出
叶绿体的形状类似于一个凸透镜，直径范围为 2-7 ?m。叶绿体外包
被是双层生物膜，膜内含有称为基质的致密液体，悬浮分布于基质
中的是一些膜系统，它们是一系列排列整齐的扁平囊状结构称之为
类囊体 。部分类囊体相互垛叠在一起像一摞硬币，称为基粒
光合膜
是植物利用光能制
造食物分子最重要
的场所。
7.3 光的性质与叶绿素
光是一种电磁波 粒子性质 光子的能量与其波长成反比
紫光波长最短, 能量最大；红光波长较长, 能量小
日光经过棱镜折射, 形成连续不同波长的光, 即可见光谱
? 光的性质
光子照射到某些生物分子 电子跃迁到更高的能量水平 激发态：
叶绿素分子是一种可以被可见光激发的色素分子，在光子驱动
下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应。
? 叶绿素
叶绿素分子由碳和
氮原子组成 卟啉
环与叶醇侧链相连
结 叶醇侧链插入
到类囊体膜中
光合作用的色素主要
包括叶绿素 a，叶绿
素 b，胡萝卜素，藻
胆素等
叶绿素 a启动光反应
问题,为什么植物都是 绿色 的？
不同波长光作用下的光合效率称为作用光谱
1883年，德国 Engelmann 水绵 丝状绿藻 螺旋带状叶绿体
好氧游动的细菌 棱镜 不同波长的光 向着红光和蓝光区域聚集
分光光度计
7.4 光系统与光反应
光反应 发生在类囊体膜上
暗反应 发生在叶绿体的基质中
? 光系统
由叶绿素分子及其蛋白复合物, 天线色素系统和电子受体等组成的
单位称为 光系统 。 光反应由两个光系统及 电子传递链 来完成 。
光系统 I（ PSI） 含有被称为, P700”的高度特化的叶绿素 a分子
光系统 II（ PSII） 含有另一种被称为, P680”高度特化的叶绿素 a分
子
叶绿素 b 胡萝卜素 天线色素复合物吸收或捕获太阳能 传
递给 P700和 P680
反应中心叶绿素分子被激发 放出高能电子
光系统 I中 P700被光能激发 原初电子受体 传给铁氧还蛋
白 最终电子受体 NADP+ 一个氢质子被结合形成还原型的 NADPH
形成电子空穴
光系统 II的反应中心 P680分子受光激发 电子传递链 原初电
子受体 \质体醌、细胞色素 b6-f复合物和质体蓝素到 P700 填充了
P700的电子空穴
电子传递时 能量逐渐下降 形成跨膜的质子梯度 导致
ATP的形成
在光系统 II中被激发后失去电子的 P680分子如何再生？
水裂解 填补空穴 氧气释放 提供氢质子用以形成 NADPH,
? 光能传递和电子传递链
非环路的光合磷酸化途径和电子传递链
环路光合磷酸化
环路 高能电子 原初电子受体、铁氧还蛋白、细胞色素、
质体蓝素 氧化型的 P700分子 基态 电子的能量逐渐降低 ATP
? 光反应小结：
1.叶绿素吸收光能并将光能转化为电能，即造成从叶绿素分子
起始的电子流动。
2.在电子流动过程中，通过氢离子的化学渗透，形成了 ATP，
电能被转化为化学能。
3.一些由叶绿素捕获的光能还被用于水的裂解，又称为水的光
解，氧气从水中被释放出来。
4.电子沿传递链最终达到最终电子受体 NADP+，同时一个来源于
水的氢质子被结合，形成了还原型的 NADPH，电能又再一次被转化
为化学能，并储存于 NADPH中。
光合作用的暗反应依赖于光反应中形成的 ATP和 NADPH。
7.5 暗反应（卡尔文循环）与葡萄糖的形成
12NADPH+12H++18ATP+6CO2 C6H12O6+12NADP++18ADP+18Pi
叶绿体基质中
不断消耗 ATP和
NADPH，固定 CO2形
成葡萄糖的循环反
应,Calvin循环
二磷酸甘油醛作为中间产物的代谢
有人幻想和设想：有朝一日，科学家将光合作用机理搞清楚，并
将植物光合作用的全套基因转移到人的头发中，在头发中模拟光
合作用的过程，那么，只要在人的头上撒点水、再晒晒太阳，在
头发中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的过程，葡萄糖从头发
中输送到人体的各部分，吃饭的历史使命便可宣告结束了
植物生长必须依赖于水、泥土、空气和阳光，在光合作用中，不是 CO2而是
H2O被光解放出了 O2。光合自养生物主要包括植物、蓝细菌和其他光合细菌等。
叶绿体双层膜内含有基质和类囊体，光合作用的色素、光系统和电子传递系
统都位于类囊体膜上，光合膜是植物利用光能制造食物分子最重要的场所。
叶绿素 a是启动光反应的主要色素，其他色素主要起捕捉和转递光能的作用。
叶绿素分子是可以被可见光激发的色素分子，在光子驱动下发生的得失电子反应
是光合作用过程中最基本的反应。
光合作用分为光反应和暗反应两大部分。光反应发生在类囊体膜上；暗反应
发生在叶绿体的基质中。
类囊体膜上由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体等组成
的单位称为光系统。
光反应发生时，光系统 I反应中心的 P700被光能激发，将其高能电子传递给
最终电子受体 NADP+，与来源于水的氢质子结合形成 NADPH；同时光系统 II反应中
心 P680分子受光激发，放出的高能电子由光系统 II流向光系统 I，这一过程中电
子能量逐渐下降造成跨膜的质子梯度导致 ATP的形成；光系统 II中强氧化态的
P680分子又使水裂解放出电子，填补了 P680的电子空穴，氧气从水中被释放。
光合作用的暗反应是不断消耗光反应形成的 ATP和 NADPH并固定 CO2形成葡萄
糖的循环反应。
本章摘要
主讲,
7.1 光合作用的早期研究
7.2 光合自养生物是生
物圈的生产者
7.3 光的性质与叶绿素
7.4 光系统与光反应
7.5 暗反应与葡萄糖的
形成
7.1 光合作用的早期研究
1642年 比利时科学家
Helmont
1770年英国牧师
Priestley
大玻璃罩 老鼠 蜡烛
显微镜 气孔
? 氧气的来源
1930年,Stanford大学 Niel
细菌光合作用,CO2 + H2S CH2O + S
CO2 + H2O CH2O + O2
植物的光合作用表达式,
10年后 同位素示踪 CO2 + H218O CH2O + 18O2
证明：在光合作用中，不是 CO2而是 H2O被光解放出了 O2。
7.2 光合自养生物是生物圈的生产者
? 光合自养生物 植
物利用太阳能制造食
物分子供自我代谢需
要, 原料 CO2和 H2O，
为其它的生命直接或
间接地提供了食物,
是生物圈的生产者；
? 光合自养生物主要种类
陆生植物
藻类
光合细菌
植物：自养
食肉动物 食草动物
真菌：以有机物为营养
? 叶绿体和光合膜
叶片 叶绿体 分布于叶肉组织 气孔控制着 CO2 和 O2进出
叶绿体的形状类似于一个凸透镜，直径范围为 2-7 ?m。叶绿体外包
被是双层生物膜，膜内含有称为基质的致密液体，悬浮分布于基质
中的是一些膜系统，它们是一系列排列整齐的扁平囊状结构称之为
类囊体 。部分类囊体相互垛叠在一起像一摞硬币，称为基粒
光合膜
是植物利用光能制
造食物分子最重要
的场所。
7.3 光的性质与叶绿素
光是一种电磁波 粒子性质 光子的能量与其波长成反比
紫光波长最短, 能量最大；红光波长较长, 能量小
日光经过棱镜折射, 形成连续不同波长的光, 即可见光谱
? 光的性质
光子照射到某些生物分子 电子跃迁到更高的能量水平 激发态：
叶绿素分子是一种可以被可见光激发的色素分子，在光子驱动
下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应。
? 叶绿素
叶绿素分子由碳和
氮原子组成 卟啉
环与叶醇侧链相连
结 叶醇侧链插入
到类囊体膜中
光合作用的色素主要
包括叶绿素 a，叶绿
素 b，胡萝卜素，藻
胆素等
叶绿素 a启动光反应
问题,为什么植物都是 绿色 的？
不同波长光作用下的光合效率称为作用光谱
1883年，德国 Engelmann 水绵 丝状绿藻 螺旋带状叶绿体
好氧游动的细菌 棱镜 不同波长的光 向着红光和蓝光区域聚集
分光光度计
7.4 光系统与光反应
光反应 发生在类囊体膜上
暗反应 发生在叶绿体的基质中
? 光系统
由叶绿素分子及其蛋白复合物, 天线色素系统和电子受体等组成的
单位称为 光系统 。 光反应由两个光系统及 电子传递链 来完成 。
光系统 I（ PSI） 含有被称为, P700”的高度特化的叶绿素 a分子
光系统 II（ PSII） 含有另一种被称为, P680”高度特化的叶绿素 a分
子
叶绿素 b 胡萝卜素 天线色素复合物吸收或捕获太阳能 传
递给 P700和 P680
反应中心叶绿素分子被激发 放出高能电子
光系统 I中 P700被光能激发 原初电子受体 传给铁氧还蛋
白 最终电子受体 NADP+ 一个氢质子被结合形成还原型的 NADPH
形成电子空穴
光系统 II的反应中心 P680分子受光激发 电子传递链 原初电
子受体 \质体醌、细胞色素 b6-f复合物和质体蓝素到 P700 填充了
P700的电子空穴
电子传递时 能量逐渐下降 形成跨膜的质子梯度 导致
ATP的形成
在光系统 II中被激发后失去电子的 P680分子如何再生？
水裂解 填补空穴 氧气释放 提供氢质子用以形成 NADPH,
? 光能传递和电子传递链
非环路的光合磷酸化途径和电子传递链
环路光合磷酸化
环路 高能电子 原初电子受体、铁氧还蛋白、细胞色素、
质体蓝素 氧化型的 P700分子 基态 电子的能量逐渐降低 ATP
? 光反应小结：
1.叶绿素吸收光能并将光能转化为电能，即造成从叶绿素分子
起始的电子流动。
2.在电子流动过程中，通过氢离子的化学渗透，形成了 ATP，
电能被转化为化学能。
3.一些由叶绿素捕获的光能还被用于水的裂解，又称为水的光
解，氧气从水中被释放出来。
4.电子沿传递链最终达到最终电子受体 NADP+，同时一个来源于
水的氢质子被结合，形成了还原型的 NADPH，电能又再一次被转化
为化学能，并储存于 NADPH中。
光合作用的暗反应依赖于光反应中形成的 ATP和 NADPH。
7.5 暗反应（卡尔文循环）与葡萄糖的形成
12NADPH+12H++18ATP+6CO2 C6H12O6+12NADP++18ADP+18Pi
叶绿体基质中
不断消耗 ATP和
NADPH，固定 CO2形
成葡萄糖的循环反
应,Calvin循环
二磷酸甘油醛作为中间产物的代谢
有人幻想和设想：有朝一日，科学家将光合作用机理搞清楚，并
将植物光合作用的全套基因转移到人的头发中，在头发中模拟光
合作用的过程，那么，只要在人的头上撒点水、再晒晒太阳，在
头发中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的过程，葡萄糖从头发
中输送到人体的各部分，吃饭的历史使命便可宣告结束了
植物生长必须依赖于水、泥土、空气和阳光，在光合作用中，不是 CO2而是
H2O被光解放出了 O2。光合自养生物主要包括植物、蓝细菌和其他光合细菌等。
叶绿体双层膜内含有基质和类囊体，光合作用的色素、光系统和电子传递系
统都位于类囊体膜上，光合膜是植物利用光能制造食物分子最重要的场所。
叶绿素 a是启动光反应的主要色素，其他色素主要起捕捉和转递光能的作用。
叶绿素分子是可以被可见光激发的色素分子，在光子驱动下发生的得失电子反应
是光合作用过程中最基本的反应。
光合作用分为光反应和暗反应两大部分。光反应发生在类囊体膜上；暗反应
发生在叶绿体的基质中。
类囊体膜上由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体等组成
的单位称为光系统。
光反应发生时，光系统 I反应中心的 P700被光能激发，将其高能电子传递给
最终电子受体 NADP+，与来源于水的氢质子结合形成 NADPH；同时光系统 II反应中
心 P680分子受光激发，放出的高能电子由光系统 II流向光系统 I，这一过程中电
子能量逐渐下降造成跨膜的质子梯度导致 ATP的形成；光系统 II中强氧化态的
P680分子又使水裂解放出电子，填补了 P680的电子空穴，氧气从水中被释放。
光合作用的暗反应是不断消耗光反应形成的 ATP和 NADPH并固定 CO2形成葡萄
糖的循环反应。
本章摘要
