光反應-基本概念
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光的粒子稱為光子 (photo),各光子所攜帶的能量為量子 (quantum),光能是不連續的,當波長越長其所含有能量越小,短波所含有的能量較高。
波動性: c=λν (c: 波速; ...
光具粒子性與波動性
粒子性
:E=hν
(E:能量;
h:浦朗克常數,
Planck’sconstant,6.626×10-34Js;ν:頻率)
光的粒子稱為光子
(photo),各光子所攜帶的能量為量子(quantum),光能是不連續的,當波長越長其所含有能量越小,短波所含有的能量較高。
波動性
:c=λν
(c:波速;
λ:波長;
ν:頻率)
光波是屬於橫向的電磁波,由電場與磁場所組成。
電場與磁場方向是相互垂直的,而且也和光波前進方向成90°。
葉綠素分子由低能量的基態
(chl.)吸光後會成為高能量的激發態(chl.*),即chl.+hν→chl.*,吸收藍光後的chl.*含有的能量比吸收紅光者高。
要使分子從chl.**回到chl.*可將能量轉換成熱放出;
chl.*要回到chl.除了放熱外,可將能量以螢光的方式釋出。
在光合作用中則是利用能量趨動一連串的化學反應,並使葉綠素分子返回基態。
激發態的分子經由光化學反應回到基態(衰變,decay)時所產生的能量變化可以量子效率(quantumyield,QY,Φ)
來加以定量表示,Φphotochemistry=yieldofphotochemical
products/totalnumberofquantaabsorbed)。
若整個反應沒有牽涉到分子的衰變則Φ為0,若反應常有衰變則Φ為1,某分子衰變的所有可能發生途徑的Φ總合必定為1.0。
光合作用中Φ的計算主要是經由氧氣產生的測定做為反應進行的指標。
氧氣產生的最大Φ值約為0.1,也就是說每吸收10個光子就會放出一個氧分子。
量子效率的倒數為量子需量(quantum
yield)。
趨動光合作用所需要的能量是由光合作用色素所吸收
與光合作用有關的色素都是在葉綠體中,葉綠素中都有一個與血紅素中類似porphyrin的環狀構造,並接上一條與膜體相接的鏈狀結構,環狀結構中的雙鍵可用來參與電子傳遞與氧化還原反應。
光合系統包括了收集光能的天線與光化學反應中心
葉綠素與其他色素所吸收的能量會貯存於化學鍵結中,整個能量的傳遞是由許多色素與電子傳遞蛋白質合作完成,就如同天線
(antenna)接收電子,各色素主要工作是收集光能並傳到反應中心
(reactioncenter),一連串與能量貯藏有關的化學反應就在反應中心發生。
真核生物的光合系統是葉綠體內的膜體構造上,原核生物則在細胞膜或膜體衍生物上。
紅落
(reddrop)
光合作用量子效率與波長間關係的測量可以得到一個現象-紅落效應。
在葉綠素吸光範圍內不論波長為何,其量子效率都維持在一定的程度,表示由葉綠素或其他色素所吸收的任何光子,其趨動光合作用的效果相同。
會在超過紅光範圍
(>680nm)的量子效率會有明顯的下降。
這不只表示對光的吸收停止,而且>680
nm的光在光合作用中的效率是比<680
nm波長的光小。
加強效應
(enhancementeffect)
1957年Emerson等人利用二種不同的單色光進行光合作用速率的測量,單獨波長的光合效率較低,而二種光波同時處理的效率較高,比單色光的效率加倍後還要高。
拮抗效應
(antagonisticeffect)
1961年Duysens等人的另一項實驗結果與Emerson所得不同。
利用不同色光照射後觀察細胞色素(cytochromes)的氧化程度。
以遠紅光處理時,細胞色素的氧化程度較高,若再加上較短波長的綠色光,氧化程度會稍微還原。
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