当把光合作用光系统的微观结构放大10亿倍时,我们仿佛进入了一个奇幻的微观宇宙。 在类囊体膜上,光系统Ⅱ是一个由众多蛋白亚基、色素和其他辅因子组成的超大膜蛋白 - 色素复合物。它有着天线系统,像精巧的光捕获装置,由许多叶绿素分子等组成,负责吸收光子。反应中心系统则如同核心处理器,能将吸收的光能转化为电子势能。还有放氧中心,能在常温常压下裂解水分子,释放出氧气。 光系统Ⅰ也是一个复杂的超大色素 - 蛋白复合体。它通过一系列复杂的色素网络捕获太阳能,这些色素分子在吸收光能后,会将能量传递给反应中心。反应中心通过驱动跨膜电子转移,将光能转化成化学能,为后续的光合作用过程提供能量和还原力。 在光系统中,还能看到各种电子传递体,它们像微小的导线,有序地传递着电子,确保光合作用的电子传递过程顺利进行。此外,还有一些蛋白质起着稳定结构、调节功能等作用,它们如同微观世界里的守护者,维持着光系统的正常运转。 当光线照射到光系统时,光子如同一个个灵动的小精灵,被光系统中的色素分子吸收。吸收了光能的色素分子会被激发,产生电子跃迁,电子在电子传递体之间传递,如同在微小的轨道上高速奔跑的列车,源源不断地为光合作用输送能量。 整个光合作用光系统在微观结构下,就像一个高度精密的纳米工厂,各个部分协同合作,有条不紊地进行着光能吸收、转化和利用,将太阳能转化为化学能,为地球上的生命提供了能量基础。
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徐伟忠7月前
《光合之光:看生命如何捕获光能完成能量蜕变》 植物光合作用的光反应过程发生在叶绿体的类囊体膜上,是利用光能驱动水的光解、ATP合成和NADPH生成的一系列复杂生理反应,具体机制如下: 1. 光能吸收与能量传递 光合色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等)组成的天线色素复合体分布于类囊体膜上,它们能吸收不同波长的光子。当光子被吸收后,天线色素分子中的电子跃迁到激发态,激发态电子不稳定,会以共振能量传递的方式将能量快速转移至反应中心复合体。反应中心的叶绿素a分子(如PSⅡ中的P680和PSⅠ中的P700)接收能量后,电子被激发到高能级,随后被传递给原初电子受体,叶绿素a分子则形成电子缺失的氧化态(如P680⁺、P700⁺) 。 2. 水的光解与氧气释放 在光系统Ⅱ(PSⅡ)中,处于氧化态的P680⁺具有极强的氧化性,它从**放氧复合体(OEC)**中夺取电子,而放氧复合体通过分解水分子(2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂)获得电子来补充P680⁺,使P680恢复为基态。该过程不仅为光反应提供电子,同时释放出氧气,是地球上氧气的主要来源;水分解产生的质子(H⁺)则被释放到类囊体腔中,增加腔内质子浓度。 3. 电子传递链 从PSⅡ的水的光解开始,电子依次通过质体醌(PQ)、**细胞色素b₆f复合体(Cyt b₆f)和质体蓝素(PC)**等电子载体,最终传递到光系统Ⅰ(PSⅠ)的氧化态P700⁺,使其恢复为基态。在电子传递过程中,PQ作为可移动的电子载体,在传递电子的同时将类囊体膜外的质子转运到类囊体腔内,进一步增大跨膜质子梯度。Cyt b₆f复合体通过“醌循环”机制,将电子传递与质子转运偶联,进一步积累类囊体腔内的质子浓度。 4. 光合磷酸化(ATP合成) 类囊体膜内外因质子积累形成了电化学质子梯度(膜内高H⁺浓度、正电位,膜外低H⁺浓度、负电位),该梯度蕴含的能量驱动ATP合酶(CF₀-CF₁复合体)工作。ATP合酶利用质子顺浓度梯度回流的能量,催化ADP和Pi合成ATP。质子通过CF₀亚基形成的通道回流至类囊体膜外,CF₁亚基的构象发生变化,促使ADP与Pi结合并生成ATP,这一过程称为非循环式光合磷酸化。 5. NADPH的生成 PSⅠ吸收光能后,P700的电子被激发并传递给原初电子受体,经一系列电子载体(铁氧还蛋白-铁氧还蛋白-NADP⁺还原酶,#徐伟忠
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