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光合作用: 光反應 1 (英) : 光合作用的光反應的詳細解釋
相關課程
- 上次的影片中 我們學了一下光合作用的知識
- 我們大體上知道了 它是這樣一個過程
- 我們以光子 水 和二氧化碳開始
- 利用光子的能量來固碳
- 固碳這個概念的本質是
- 將碳原子由氣態形式
- 在這個事例中的氣態是指二氧化碳- 轉化到固態結構中
- 而我們將碳原子引入其中的固態結構是一種碳水化合物
- 光合作用的第一種成品就是這種3碳鏈結構的化合物
- 3-磷酸甘油醛
- 然後你就能用它們來構建葡萄糖
- 或是任何其他碳水化合物
- 說完這些 讓我們嘗試探討的更深一些
- 並了解到底在光合作用的這些階段發生了什麽
- 記住 我們已經說過有兩個階段 依賴光的反應
- 和不依賴光的反應
- 我不喜歡用暗反應這個名字
- 因爲實際上它也在照明環境下發生
- 而它實際上也是和光反應同時發生著的
- 它只是不需要來自太陽的光子
- 不過 讓我們先集中在依賴光的反應上
- 實際用到來自太陽的光子的光合作用的那一部分
- 或者實際上 我認爲 來自溫室的熱燈的
- 光子也一樣
- 得到光子後 利用光子和水共同來
- 産生ATP並將NADP+還原爲NADPH
- 記住 還原是得到電子或者氫原子
- 而這兩者是一回事 因爲你得到一個氫原子 包括它的電子時
- 由於氫原子並沒有很強的負電性
- 所以你可以占有它的電子
- 這樣 這就是得到了一個氫原子 也得到了它的電子
- 不過讓我們更深入的研究它 在此之前
- 我認爲了解一些有關植物解剖結構的知識是有好處的
- 所以 讓我畫一些植物細胞
- 植物細胞實際上有細胞壁
- 所以我可以把它們畫的方正一些
- 讓我們假設這些就是植物細胞
- 這些方塊的每一個就是一個植物細胞
- 而在這些植物細胞中有一些胞器
- 叫做葉綠體 記住 胞器就像是一個細胞的器官一樣
- 它們是細胞的子單位 膜結合型子單位
- 當然 這些細胞有原子核和DNA
- 以及所有其他你會想到的細胞裏包含的東西
- 不過我就不在這裡把它們畫出來了
- 我只畫出葉綠體
- 一般的植物細胞-- 其實也有其他種類的
- 生物體進行光合作用 不過我們將集中講植物
- 因爲那才是我們認爲與光合作用相關的東西
- 每一個植物細胞一般包含10到50個葉綠體
- 我特意將它們畫成綠色
- 因爲葉綠體包含葉綠素
- 而葉綠素在我們看來是綠色的
- 不過記住 它們是綠色是因爲它們反射綠光
- 而吸收紅 藍光以及其他波長的光
- 這就是爲什麽它看起來是綠色的 因爲綠光被反射出來
- 而其他所有波長的光被吸收了
- 無論如何 我們將就這方面作更細節的講述
- 在這裡 你會有10到50個這樣的葉綠體
- 讓我們將一個葉綠體放大
- 如果我們將葉綠體放大 讓我來把它說清楚
- 這裡的這個東西是一個植物細胞
- 然後這裡的每一個綠色的東西
- 是一個叫做葉綠體的胞器
- 讓我們來放大一個葉綠體
- 如果我們放大一個葉綠體 會看到它有一個這樣的膜
- 然後 葉綠體的膜裏面的液體
- 這裡全部的液體被稱作基質
- 葉綠體的基質 而在葉綠體中
- 有這些小堆的褶曲的膜
- 這些堆疊的褶曲的膜 讓我看看能否在這裡畫出來
- 也許就像這樣一個 兩個 一直堆疊起來
- 每一層的膜- 差不多可以把它們看作是薄煎餅-
- 讓我再多畫兩個 也許這裡有一些 就像這樣
- 也許那兒也有一些 還有這裡
- 這裡每一個看起來扁平的薄煎餅
- 被稱作類囊體 所以這裡就是一個類囊體
- 這是一個類囊體
- 類囊體有一層膜
- 而且這層膜尤其重要
- 我們待會兒來放大它
- 類囊體有一層膜 我將把它的顏色塗深一些
- 類囊體的內部 這一部分空間
- 類囊體裏面的液體 就在這部分區域
- 這裡的淺綠色部分
- 這被叫作類囊體空間或是類囊真體腔
- 先把術語說清楚
- 像那樣由幾個類囊體堆疊起來的結構
- 被稱爲基粒 那是一堆類囊體 那是一個基粒
- 這是一個胞器
- 演化生物學家認爲
- 胞器曾經是獨立的生物體
- 然後 他們開始與其他生物體共存
- 並開始在他們的細胞裏生存
- 所以實際上 他們有自己的DNA
- 粒線體是也是一種胞器
- 人們認爲 曾經
- 粒線體或是粒線體的先祖 是獨立的生物體
- 然後 他們與其他細胞共存 說道 嘿
- 如果我爲你提供能量 也許你要給我一些食物或其他東西
- 然後 他們就開始共同演化
- 變成了作爲一個整體的生物體
- 這會讓你想要知道我們將會演化成什麽
- 無論如何 那是另外的事 實際上這裡有核糖體
- 考慮這件事很有意思
- 你會認識到 在過去的演化曆程中的某一時刻
- 這個胞器的先祖也許是一種獨立的生物體
- 不管怎麽樣 相關的推測到此爲止
- 讓我們再次將一個類囊體膜放大
- 我現在就要將他放大了 讓我畫一個方框
- 我就在這兒進行放大 而那就是我的放大框
- 讓我來把他真正的放大 就像這樣
- 這就是我的放大框
- 那個小方框和這一整個方框是一回事
- 我們對類囊體膜進行了放大
- 這就是那兒的類囊體膜
- 那實際上是磷脂雙層膜
- 它有親水端和汲極端
- 如果你喜歡的話 我可以把它畫成這樣
- 從光合作用的觀點來說最重要的是
- 這個膜 在膜的外面
- 在這裡外面
- 液體充滿整個葉綠體
- 這裡是基質 然後這裡的空間
- 這裡是類囊體的裏面 因此這裡是囊腔
- 如果我把它畫成粉色的 這裡 這裡是囊腔
- 類囊體空間
- 在這個薄膜中 這看起來可能有一點熟悉
- 如果你想到粒線體和電子傳遞鏈的話
- 在這個影片中我將要描述的事實上是
- 一個電子傳遞鏈
- 許多人也許不認爲它是電子傳遞鏈
- 但是它是相同的概念 一些普遍的概念
- 因此在這個薄膜上有蛋白質
- 這些蛋白質化合物和分子
- 跨越薄膜 因此讓我畫幾個
- 因此也許我將會把這個叫做光係統II
- 這樣叫它因爲它就是這樣的
- 這兒也許還有一個 這些非常難懂
- 我將給你揭秘一下光係統II實際上看起來像什麽
- 這就是光係統II看起來的樣子
- 因此 就像你可以看到的 它事實上是一個復合體
- 這些圓圓柱體樣的東西 這是蛋白質
- 這些綠色的東西是葉綠素分子
- 我是說 這裡有各種各樣的東西
- 它們都混合在一起
- 我想復合體可能是最好的術語 它是一些蛋白質
- 混合在一起的一些分子
- 來執行一些特定的功能
- 馬上我們就會介紹
- 因此這就是光係統II看起來的樣子
- 然後還有光合係統I
- 然後是一些其它的分子 其它的復合體
- 我有了細胞色素B6F復合體
- 我在這裡用另外一種顏色畫
- 我不想太混亂了
- 因爲最重要的事情是需要理解
- 這裡有另外的蛋白質復合體
- 這裡的蛋白質復合體也橫跨薄膜
- 但是一般的概念 我將會告訴你一般的概念
- 然後我們將會進入這些細節中
- 在光反應中發生的事情
- 或者說依賴光的反應 是你有一些光子
- 太陽中的光子 它們穿越了9300萬英裏
- 因此有一些光子進入到這裡 然後它們激活了
- 葉綠素分子中的電子 在葉綠素A分子中
- 實際上在光係統II中 好 恰好現在我想講
- 一些細節 它們激活了葉綠素分子
- 因此這些電子進入到高能態中
- 也許我不應該像這樣畫
- 它們進入到高能態中
- 然後隨著它們從分子進入分子中
- 它們持續回到低能態
- 但是隨著它們進入到低能態 你得到了氫原子
- 或者實際上我應該說時沒有電子的氫質子
- 因此你有了這些所有的氫質子
- 氫質子被吸引到這些囊腔中
- 它們被吸引到這些囊腔中 因此你也許記得這些
- 來自電子傳遞鏈 在電子傳傳遞中
- 隨著電子從一個高電勢 高能態
- 回到低能態 能量被用於使氫質子穿過薄膜
- 在之前那個例子中 它在粒線體中
- 這裡的薄膜是類囊體薄膜
- 無論如何 會生成這些梯度
- 因爲能量來自這裡 本質上是光子
- 光子進入高能態
- 它們持續向低能態躍遷
- 然後 它們事實上進入到光係統I
- 另外一個光子與它們碰撞
- 好 這是一個簡化 但是你可以這麽考慮
- 進入到另外一個高能態
- 然後它們進入一個越來越低越來越低的能態
- 但是整個時間 來源於電子
- 從高能態到低能態的能量
- 是用來吸引氫質子進入囊腔的
- 因此你會得到高濃度的氫質子
- 就像我們在電子傳遞鏈中看到的
- 濃度是氫質子的濃度
- 被用來驅動ATP合酶
- 完全一樣 讓我看一下我能不能在這裡畫ATP合酶
- 你也許記得ATP合酶看起來像這樣
- 實際上這裡
- 因此這裡氫質子的濃度非常高
- 因此它們會從囊腔回到基質中 它們確實回來了
- 然後它們通過ATP合酶 讓我們用一種新顏色畫
- 這些氫質子將返回來
- 沿濃度梯度返回
- 隨著它們進入到基質中 實際上看來像一個機器
- 討論呼吸作用時 我詳細講了這方面的內容
- 這轉變爲- 實際上看是機械轉換 這裡的頂部-
- 我畫ATP合酶的方式-
- 它把ADP和磷酸基和在一起
- 它把ADP磷酸基加在一起來産生ATP
- 這是一個大概 很高程度的概括
- 一會我要更詳細的講一下
- 我剛才描述的這個過程叫做光合磷酸化作用
- 讓我用一種漂亮的顏色來畫
- 爲什麽這麽叫呢？好 因爲我們用光子
- 這是光的部分 我們在用光
- 在葉綠素中我們使用光子激發電子
- 隨著這些電子從一個分子傳遞下去
- 從一個電子受體到另外一個
- 他們進入越來越低的能態
- 隨著他們進入更低的能態 這經常用來驅動 實際上
- 是吸引氫質子從基質進入囊腔中
- 然後氫質子返回來
- 他們想要- 我想把它叫做 化學滲透
- 他們想要回到基質中然後驅動ATP合酶
- 就在這裡 這是ATP合酶
- ATP合酶本質上是用來將ADP和
- 磷酸基合到一起來産生ATP
- 現在 當我最初討論光反應和暗反應時
- 我說過 光反應有兩種副産品
- 它有ATP並且也有- 事實上有三個
- 它有ATP 也有NADPH NADP被還原了
- 它得到了這些電子和這些氫
- 那這些在哪裏出現呢？
- 如果我們討論非循環氧化光和磷酸化
- 或者非循環光反應 最終的電子受體
- 因此在電子進入越來越低的電子能態之後
- 最終的電子受體是NADP+
- 因此一旦它接受電子與和它在一起的氫質子
- 它就變成了NADPH
- 現在 我也說這個過程的一部分 水-
- 這事實上是一個非常有意思的事情
- 水可以被氧化成氧氣 那這個發生在哪裏呢？
- 因此當我說 在光係統I中
- 我們有一個含有被激活的電子的葉綠素分子
- 它進入到一個更高的能態
- 然後這個電子最終從一個家夥傳遞到另外一個
- 我們能用什麽來代替這個電子呢？
- 事實證明 實際上用的是水中的電子
- 因此在這裡 你實際上得到水
- 水貢獻出氫質子以及電子
- 你可以想象他共貢獻了兩個氫質子
- 和兩個電子來取代一個
- 經過光子激活的電子
- 因爲電子經過光係統I傳遞
- 最終進入到NADPH
- 因此 你實際上把電子從水中剝離出來
- 當你剝離出電子和氫
- 你只留下了分子氧
- 現在 我想集中在這上面的原因是
- 有一些深奧的事情在這裡發生
- 或者至少在化學層級上 一些深奧的事情在發生
- 你在氧化水 在整個生物王國中
- 我們知道 要想氧化水
- 必須有足夠強的氧化劑
- 從水中帶走電子
- 這意味著你們實際上從氧中帶走電子
- 因此你正在氧化氧
- 我們知道足夠做這項工作的氧化劑
- 只存在於光係統II當中
- 因此這是一個很深奧的概念
- 正常的電子在水中是很活躍的
- 它們活躍在氧氣周圍
- 氧氣是電負度原子
- 這就是我們叫它氧化的原因
- 因爲氧很擅長氧化物質
- 但是出乎意料地 我們發現有些東西可以氧化氧
- 可以把電子從氧中剝離出來
- 然後將這些電子給葉綠素
- 被光子激活的電子
- 然後這些光子進入到越來越低越來越低的能態中
- 通過一係列光子在光係統I中再一次得到激活
- 然後進入到越來越低的能態中
- 最終 在NADPH中終止
- 它進入到越來越低能態的整個時間
- 這些能量用來吸引氫
- 穿過從基質到囊腔中的膜
- 這個梯度實際上用來産生ATP
- 因此在下一個影片中我將會多講一點
- 有關電子能態的意味著什麽
- 以及高能態或低能態是什麽的內容
- 本質上講這就是發生的一切 電子被激活了
- 這些電子最終進入到NADPH中
- 隨著電子被激活
- 並且進入到越來越低的能態中
- 它通過梯度吸引氫
- 然後梯度用來驅動ATP合酶來産生ATP
- 然後原始的電子得到激活 它不得不被取代
- 被取代的電子事實上就是將其從水中拿掉
- 因此氫質子和水分子的電子被剝離掉了
- 只剩下了氧原子
- 爲了很好的鑒別這些複雜的過程
- 我在之前給你們展示過了
- 但是這實際上 我的意思是這不是光係統II的圖片
- 實際上沒有像這樣的圓圓柱體
- 這些圓圓柱體表示蛋白質
- 在這裡 這些綠色的腳手架一樣的分子
- 這是葉綠素A
- 事實上發生的事情是光子的碰撞
- 實際上它不需要經常地碰撞葉綠素A
- 它也可以碰撞所謂的天線分子
- 因此天線分子是另外一種類型的葉綠素
- 實際上是另外一種類型的分子
- 因此一個光子 或者是一係列光子 進來了
- 也許它可以激活一些電子 不一定在葉綠素A中
- 它可能在一些其它類型的葉綠體中
- 或者在其余的這些中 我猜你們可能叫它們
- 能吸收光子的色素分子
- 然後它們的電子被激活了
- 你甚至可以把它想象成一種振動
- 但是當你從量子水平上討論事情時
- 振動沒有什麽意義了 但是這是一個很好的類比
- 它們振動著向葉綠素A前進
- 這就叫做共振能
- 它們振動前進 最終 到達葉綠體A
- 然後在葉綠體A中 電子得到激活
- 主要的電子受體實際上是這裡的分子
- 脫鎂葉綠素 一些人叫做PHEO 然後從這裡
- 它持續從一個分子進入到另外一個分子
- 在以後的影片中我會多講一點
- 但是這很令人著迷 看這裡多麽複雜
- 爲了最終能夠激活電子 然後用這些電子
- 開始吸引氫穿過薄膜的過程
- 這裡是很有意思的地方
- 這是水氧化站點
- 我對於氧化水的概念非常興奮
- 這實際上是發生在光係統II復合體中的事情
- 你確實掌握了這種非常複雜的機制
- 因爲從實際的水分子中剝離電子和氫
- 不是開玩笑的 這裡先不講了
- 在下一集影片中
- 我將會更多的講一點這些能態
- 我會講一下今天沒講到的
- 其他一些作爲氫受體的分子
- 或者你可以同樣把它們看做是氫受體
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