維持生命現象的能量.

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維持生命現象的能量

營養模式 生物獲得能量與碳源的方式 自營:可以無機的CO2碳源 異營:須以現有的有機物作為自身的碳源 光合自營:日光為驅動反應的能源 高等植物、藻類、藍綠藻:H2O分解,副產物O2 光合細菌(紫硫菌、綠硫菌):H2S分解,副產物S 化學自營:以氧化無機物過程,獲得能量 如亞硝酸菌:NH3 (NH4+) NO2-、硝酸菌 :NO2-  NO3- 如古細菌中的葉硫菌:SSO42- 異營:須以現有的有機物作為自身的碳源 光合異營:可以日光獲得ATP,只限特殊的原核生物 化學異營;一般的消費者、分解者皆屬之 如有氧下的呼吸作用、無氧的發酵作用 無氧下,利用古細菌中的甲浣菌處理垃圾,產生甲浣

硝化作用 (A)氨化合成硝酸 (B)硝化細菌外形 資料來源:Prescott, L. M., J. P. Harley, D. A. Klein. 1999. Microbiology. McGraw-Hill, p.467. Fig. 22-10(b) (A)氨化合成硝酸 (B)硝化細菌外形

能量來源 太陽輻射 能量轉換原理 380-760nm 可見光 使葉綠素的電子由基態成為激發態 激發態的能量釋放用以合成有機物 葉綠素的電子再回到基態循環吸收太陽能

基態激發態

細胞能量的貨幣—ATP

ATP放能和吸能反應之配聯反應

ATP的合成類型 化學滲透作用(H+) 氧化磷酸化 呼吸作用釋出 光合磷酸化 光合作用合成 受質階層的磷酸化 PEP+ADP丙酮酸+ATP

受質階層磷酸化作用

光合作用 6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O 光合作用的主要場所 分為兩部分: 真核生物:葉綠體 原核生物: 光反應 藍綠藻:葉綠囊、細胞質 光合細菌:細胞膜延伸、細胞質 分為兩部分: 光反應 暗反應(碳的固定)

葉綠素的吸收光譜和作用光譜

葉綠體的構造 雙層膜 有許多囊狀構造,稱為葉綠囊(thylakoid) 葉綠囊會堆疊形成葉綠餅(Granum) 葉綠囊含有光合作用的色素: 真核生物:葉綠素(主角)、葉黃素、胡蘿蔔素 藍菌:葉綠素 光合細菌:細菌葉綠素 光反應在葉綠囊內進行 暗反應在基質進行

光反應的系統 有兩個主要系統 PSI PSII: 反應中心:P700 天線色素:葉綠素a、b+胡蘿蔔素 反應中心:P680

電子傳遞 一系列的電子載體 一連串的氧化、 還原反應

光反應 光能經由天線色素傳至反應中心 P680、P700皆因此釋出高能激態的電子 此激發態的電子會轉入電子傳遞鏈 非循環電子的過程:(以一分子水被分解來計算) P7002e- 、 PS680 2e- (同時發生) 2e- (P680)P700 ,在此同時釋出的能量使:ADP+PiATP 2e- (P700 ) NADP++2H++2e- NADPH+H+ 水因此被分解:H2O 1/2O2 + 2H++2e- 2e- (水)P680 ,使P680返回基態 產生的ATP、NADPH將轉用於暗反應

非循環電子傳遞 ADP+PiATP

循環電子傳遞 PSI 受激發後,除了可將電子轉入NADPH進行非玄環傳遞外,尚具有可循環的電子傳遞 本過程會產生1個ATP

暗反應(碳的固定) 又稱為卡式循環 場所: 主要分成三部分 磷酸甘油醛是醣類、脂質、蛋白質之關鍵中間產物 真核生物發生於葉綠體的基質 原核生物則發生於細胞質 主要分成三部分 6*CO2+6*5C(核酮醣) 12*3C(甘油酸) 12*3C (甘油酸) 12* 3C (磷酸甘油醛) 消耗 12ATP、12NADPH 2*3C1*C6H12O6 10*3C6*5C (回到第一個步驟使用、消耗6ATP) 磷酸甘油醛是醣類、脂質、蛋白質之關鍵中間產物

卡式循環圖解

光呼吸 當環境不佳,如高溫、缺水,導致氣孔於白晝關閉,會使葉內CO2量因光合作用下降 當CO2量太少,O2會成為卡式循環中的受質,如此一來不但不產生醣類,不安定的產物會裂解為2C的物質 此2C物質會經粒腺體與過氧小體分解,進而產生CO2,但卻無ATP產生,特稱為光呼吸 光呼吸對植物的固碳有不利的影響(可降低50%)

C4 某些耐旱的植物,發展出特殊的固碳過程 維管束鞘細胞是卡式循環主要場所 CO2 經氣室進入葉肉細胞先與3C的PEP (C3H5O6P)結合為C4的草醋酸(OAA) 因PEP與CO2結合度較O2高,可避免光呼吸 草醋酸再轉入束鞘細胞進行固碳作用

CAM(景天酸代謝) 先發現於景天科多肉植物 白天氣孔關閉、夜晚打開 夜晚先將CO2並入各種有機酸(中                       

影響光合作用的因素 光 水分 二氧化碳 溫度 光反應的必要條件 即使是C4、CAM皆須光的能量 光可以促使K+進入保衛細胞,影響其開閉 氣孔開閉、電子的提供 二氧化碳 濃度不足會產生光呼吸、 溫度 太高太低均會影響酵素活動

溫度在不同光度時對光合作用的影響 1905年,布萊克曼的研究 30 ℃ ~ 40℃,溫度↑ ,無論光度如何,光合作用均 ↓ 0℃ ~ 30 ℃ ,溫度↑對光合作用的影響與光度有密切關係

光合作用的一些研究 凡尼爾的發現 O2來自H2O 卡門的實驗 確定O2來自H2O的分解

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