第三章光合作用

第三章光合作用 第三节光合作用机理

叶绿体 (CH2O) + O2 CO2 + H2O 光能光合作用：是能量转化和形成有机物的过程！ ? 光能化学能 ? 小分子无机物大分子有机物

1、物质转变角度：形成有机物的过程。 小分子无机物（CO2、H2O）大分子有机物（CH2O，糖类）

2、根据需光与否： 光反应暗反应光反应（light reaction）：必须在光下才能进行、由光推动的光化学反应，在类囊体膜（光合膜）上进行。暗反应（dark reaction）：在暗处进行、由一系列酶催化的化学反应，在叶绿体基质中进行。光反应的过程并不都需要光，而暗反应过程中的一些关键酶（如Rubp羧化酶等）的活性也受光的调节！

3、能量转变的角度：光能转化为化学能的过程。3、能量转变的角度：光能转化为化学能的过程。首先是吸收光能并把光能转变为电能，进一步形成活跃的化学能，最后转变为稳定的化学能，贮藏在有机物（糖类等）中。电能活跃的化学能稳定的化学能光能电子糖类等质子、ATP、NADPH 光量子

光合作用的过程和能量转变 • 光合作用的实质是将光能转变成化学能。根据能量转变的性质，将光合作用分为三个阶段： • 1.光能的吸收、传递和转换成电能，主要由原初反应完成； • 2.电能转变为活跃化学能，由电子传递和光合磷酸化完成； • 3.活跃的化学能转变为稳定的化学能，由碳同化完成。能量转变光能电能活跃的化学能稳定的化学能贮能物质量子电子 ATP、NADPH2碳水化合物等转变过程原初反应电子传递光合磷酸化碳同化时间跨度(秒)10-15－10-9 10-10－10-4 100－101 101－102 反应部位PSⅠ、PSⅡ颗粒类囊体膜类囊体叶绿体间质是否需光需光不一定，但受光促进不一定，但受光促进

光合作用过程图

一、原初反应： 光能的吸收、传递和转换。 • 原初反应（primary reaction）：光合作用的第一部，是指从光合色素分子被光激发，到引起第一个光化学反应为止的过程。包括： • 光物理－光能的吸收、传递 • 光化学－有电子得失 • 原初反应特点： • 速度非常快，可在皮秒(ps，10－12s)与纳秒(ns，10－9s)内完成； • 与温度无关，可在－196℃(77K，液氮温度)或－271℃(2K，液氦温度)下进行； • 量子效率接近1 由于速度快，散失的能量少，所以其量子效率接近1 。

光合作用的核心问题：绝大部分叶绿素a和全部叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素具有收集和传递光能的作用，少数特殊状态的叶绿素a分子具有将光能转化为电能的作用！光合作用的核心问题：绝大部分叶绿素a和全部叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素具有收集和传递光能的作用，少数特殊状态的叶绿素a分子具有将光能转化为电能的作用！

根据功能，类囊体膜上的光合色素分为：反应中心色素和天线色素。根据功能，类囊体膜上的光合色素分为：反应中心色素和天线色素。反应中心色素（reaction center pigments）：少数特殊状态的叶绿素a，具有光化学活性，既是光能的“捕捉器”，又是光能的“转换器” 。聚光色素（light harvesting pigments）：亦称天线色素，没有光化学活性，只能收集光能，并把吸收的光能传递到反应中心色素，包括大部分叶绿素a和全部叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素。

(一)光能的吸收与传递 1. 激发态的形成通常色素分子是处于能量的最低状态─基态。 • 色素分子吸收了一个光子后，会引起原子结构内电子的重新排列。 • 其中一个低能的电子获得能量后就可克服原子核正电荷对其的吸引力而被推进到高能的激发态。 • 下式表示叶绿素吸收光子转变成了激发态。激发态具有比基态高的能级，能级的升高来自被吸收的光能。 Chl+ hυ 10－15s Chl* 图8 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图各能态之间因分子内振动和转动还表现出若干能级。（激发态）（基态）

2.叶绿素分子吸收光激发后的能级变化 • 叶绿素在可见光部分有二个吸收区：红光区与蓝紫光区。如果叶绿素分子被蓝光激发，电子就跃迁到能量较高的第二单线态；如果被红光激发，电子则跃迁到能量较低的第一单线态。 • 处于单线态的电子，其自旋方向保持原有状态，即配对电子的自旋方向相反。如果电子在激发或退激过程中，其自旋方向发生了变化，使原配对的电子自旋方向相同，那么该电子就进入了能级较单线态低的三线态。图8 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图虚线表示吸收光子后所产生的电子跃迁或发光，实线表示能量的释放，半箭头表示电子自旋方向。

3.激发态的命运 激发态是不稳定的状态，经过一定时间后，就会发生能量的转变，转变的方式有以下几种：（1）放热激发态的叶绿素分子在能级降低时以热的形式释放能量，此过程又称内转换或无辐射退激。（2）发射荧光与磷光激发态的叶绿素分子回至基态时，可以光子形式释放能量。（3）色素分子间的能量传递激发态的色素分子把激发能传递给处于基态的同种或异种分子而返回基态的过程称为色素分子间能量的传递。（4）光化学反应激发态的色素分子把激发的电子传递给受体分子。

（1）放热 • 激发态的叶绿素分子在能级降低时以热的形式释放能量，此过程又称内转换或无辐射退激。如叶绿素分子从第一单线态降至基态或三线态，以及从三线态回至基态时的放热： Chl* →Chl+热 Chl* → ChlT +热 ChlT → Chl+热这些都是无辐射退激。 • 另外吸收蓝光处于第二单线态的叶绿素分子，其具有的能量虽远大于第一单线态的叶绿素分子。但超过部分对光合作用是无用的，在极短的时间内叶绿素分子要从第二单线态降至第一单线态，多余的能量在降级过程中也是以热能释放。 • 由于叶绿素是以第一单线态参加光合作用的。所以一个蓝光光子所引起的光合作用与一个红光光子所引起的光合作用是相同的，在能量利用上蓝光没有红光高。

（2）发射荧光与磷光 激发态的叶绿素分子回至基态时，可以光子形式释放能量。处在第一单线态的叶绿素分子回至基态时所发出的光称为荧光。而处在三线态的叶绿素分子回至基态时所发出的光称为磷光。 Chl* Chl ＋ hν 荧光发射 ChlT Chl ＋ hν 磷光发射 10-9s 10-2s 磷光波长比荧光波长长，转换的时间也较长，而强度只有荧光的1%，故需用仪器才能测量到。

由于叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗在分子内部的振动上，且荧光又总是从第一单线态的最低振动能级辐射的，辐射出的光能必定低于吸收的光能，因此叶绿素的荧光的波长总要比被吸收的波长长些。对提取的叶绿体色素浓溶液照光，在与入射光垂直的方向上可观察到呈暗红色的荧光。离体色素溶液为什么易发荧光，这是因为溶液中缺少能量受体或电子受体的缘故。在色素溶液中，如加入某种受体分子，能使荧光消失，这种受体分子就称为荧光猝灭剂，常用Q表示，在光合作用的光反应中，Q即为电子受体。色素发射荧光的能量与用于光合作用的能量是相互竞争的，这就是叶绿素荧光常常被认作光合作用无效指标的依据。

（3）色素分子间的能量传递 • 激发态的色素分子把激发能传递给处于基态的同种或异种分子而返回基态的过程称为色素分子间能量的传递。 Chl*1＋ Chl2 Chl1＋Chl*2 供体分子受体分子 • 色素分子吸收的光能，若通过发热、发荧光与磷光等方式退激，能量就被浪费了。 • 在光合器里，聚光叶绿素分子在第一单线态的能量水平上，通过分子间的能量传递，把捕获的光能传到反应中心色素分子，以推动光化学反应的进行。 • 一般认为，色素分子间激发能不是靠分子间的碰撞传递的，也不是靠分子间电荷转移传递的，可能是通过“激子传递”或“共振传递”方式传递的。当波长范围为400－700nm的可见光照射到绿色植物时，聚光色素分子吸收光子被激发，以“激子传递”和“共振传递”两种方式进行能量传递。于是，大量的光能通过聚光色素吸收、传递到反应中心色素分子，引起光化学反应。

激子传递 • 激子：通常是指非金属晶体中由电子激发的量子，它能转移能量但不能转移电荷。 • 在由相同分子组成的聚光色素系统中，其中一个色素分子受光激发后，高能电子在返回原来轨道时也会发出激子，此激子能使相邻色素分子激发，即把激发能传递给了相邻色素分子，激发的电子可以相同的方式再发出激子，并被另一色素分子吸收。 • 这种在相同分子内依靠激子传递来转移能量的方式称为激子传递。

共振传递：依赖高能电子振动在分子间传递能量。共振传递：依赖高能电子振动在分子间传递能量。 • 在色素系统中，一个色素分子吸收光能被激发后，其中高能电子的振动会引起附近另一个分子中某个电子的振动(共振)，当第二个分子电子振动被诱导起来，就发生了电子激发能量的传递，第一个分子中原来被激发的电子便停止振动，而第二个分子中被诱导的电子则变为激发态，第二个分子又能以同样的方式激发第三个、第四个分子。这种依靠电子振动在分子间传递能量的方式就称为“共振传递”。共振传递示意图 • 在共振传递过程中，供体和受体分子可以是同种，也可以是异种分子。分子既无光的发射也无光的吸收，也无分子间的电子传递。

（4）光化学反应 通过上述色素分子间的能量传递，聚光色素吸收的光能会很快到达并激发反应中心色素分子，启动光化学反应。图光合作用过程中能量运转的基本概念许多色素集中在一起作为天线色素，收集光能转运到反应中心。在反应中心化学反应通过从叶绿素色素到电子受体分子的电子转运过程存储一些能量，电子供体再次还原叶绿素能量。在集光色素中的传递是单纯的物理现象不涉及参与任何化学变化。

聚光系统到反应中心能量激发呈漏斗状 （A）光合色素距离反应中心越远，其激发态能就越高，这样就保证了能量向反应中心的传递。（B）尽管在这个过程中一部分能量以热的形式向环境中耗损散，但是在适当的条件下聚光色素复合体吸收的激发态能量都可以传送到反应中心。星号表示激态。

光能被色素系统吸收后的几种命运中，其中光化学反应命运非常重要，是光合作用的核心，当叶绿素吸收了光子后，激发电子从一个轨道到另一个能量较高的轨道。激发分子能以几种不同的方式释放出能量而衰变回到基态，其中激发分子将电子转移给邻近的分子的这种方式属于叶绿体的光化学反应。因为较高轨道上的电子没有较低的基态轨道上的电子那样被束缚的紧，所以对于激发态分子的衰变来说，电子传递就可以成为一条易于发生的途径。激发使得1分子叶绿素（或由几个这种分子构成的复合物）释放出1个电子。叶绿素被氧化，而某些其它分子（A）被还原。被氧化了的叶绿素复合物（Chl+）是一种较强的氧化剂，能从第三种分子（D）中摄取电子。这是一种光驱动的氧化还原反应。

（二）光化学反应 在光合反应中心进行！ 1. 反应中心是发生原初反应的最小单位，至少包括一个反应中心色素分子即原初电子供体（Primary electron donor, P）、一个原初电子受体（Primary electron acceptor, A）和一个次级电子供体（Secondary electron donor, D），以及维持这些电子传递体的微环境所需的蛋白质。原初电子受体（A）：指直接接受反应中心色素分子传来电子的电子传递体次级电子供体（D）：将电子直接供给反应中心色素分子的物质原初电子供体（P）：即反应中心色素分子，在光化学反应中最先向原初电子受体供给电子。高等植物的最终电子供体是水，最终电子受体是NADP＋！

原初反应的光化学反应实质：由光引起的反应中心色素分子与原初电子受体间的氧化还原反应，可用下式表示光化学反应过程： P·A hυ P*·A P+·A－基态反应中心激发态反应中心电荷分离的反应中心 • 原初电子供体，即反应中心色素(P)吸收光能后成为激发态(P*)，其中被激发的电子移交给原初电子受体(A)，使其被还原带负电荷(A-)，而原初电子供体则被氧化带正电荷(P+)。这样，反应中心出现了电荷分离，到这里原初反应也就完成了。 • 原初电子供体失去电子，有了“空穴”，成为“陷阱” ，便可从次级电子供体那里争夺电子；而原初电子受体得到电子，使电位值升高，供电子的能力增强，可将电子传给次级电子受体。供电子给P+的还原剂叫做次级电子供体(D)，从A－接收电子的氧化剂叫做次级电子受体(A1)，那么电荷分离后反应中心的更新反应式可写为： • D·〔P+·A－〕·A1 D+·〔P·A〕·A1－ • 这一过程在光合作用中不断反复地进行，从而推动电子在电子传递体中传递。 D.P.A D.P＊.A D.P＋.A - D ＋.P.A -

去镁叶绿素 去镁叶绿素副叶绿素副叶绿素胡萝卜素配对叶绿素光系统‖的反应中心

(二)PSⅠ和PSⅡ的光化学反应 • 高等植物的两个光系统有各自的反应中心。 • PSⅠ和PSⅡ反应中心中的原初电子供体很相似，都是由两个叶绿素a分子组成的二聚体，分别用P700、P680来表示。 • 这里P代表色素，700、680则代表P氧化时其吸收光谱中变化最大的波长位置是近700nm或680nm处(图9)，也即用氧化态吸收光谱与还原态吸收光谱间的差值最大处的波长来作为反应中心色素的标志。图9 菠菜反应中心色素吸收光谱的变化照光下PSⅠ(A)、PSⅡ(B)反应中心色素氧化，其氧化态，与还原态的吸收光谱差值最大变化的波长所在位置分别是700nm(A)和682nm(B)。

PSⅠ和PSⅡ的光化学反应 • PSⅠ的原初电子受体是叶绿素分子(A0)，PSⅡ的原初电子受体是去镁叶绿素分子(Pheo)，它们的次级电子受体分别是铁硫中心和醌分子(表4-2)。 • PSⅠ的原初反应： • P700·A0hυ P700*·Ａ0 P700＋·A0－ (17) • PSⅡ的原初反应： • P680·Pheo hυ P680*·Pheo P680+·Pheo- (18) • 在原初反应中，受光激发的反应中心色素分子发射出高能电子，完成了光→电转变，随后高能电子将沿着光合电子传递链进一步传递。

PSⅠ和PSⅡ的电子供体和受体组成

光合作用的两个光系统和电子传递方案 吸收红光的光系统Ⅱ（PSⅡ）产生强氧化剂和弱还原剂。吸收远红光的光系统Ι（PSΙ）产生弱氧化剂和强还原剂。PSⅡ产生的强氧化剂氧化水，同时，PSΙ产生的强还原剂还原NADP+。

光合单位：聚光色素系统＋反应中心 光合单位（photosynthetic unit）：每吸收与传递1个光子到反应中心完成光化学反应所需起协同作用的色素分子数。结合于类囊体膜上能完成光化学反应的最小结构的功能单位。

色素蛋白复合体与反应中心作用的漏斗模型 光子 Chla 聚光色素系统叶黄素胡萝卜素光合单位 Chlb e e e D A Chl a e e NADP+ 作用中心色素分子（原初电子供体）原初电子受体次级电子供体 H2O 最终电子受体最终电子供体反应中心

总结：经过原初反应，高等植物通过叶绿体内类囊体膜上光合色素中的聚光色素（大部分叶绿素a和全部叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素）系统吸收、传递光能，并通过作用中心色素分子（极少数特殊状态的叶绿素a）将光能转化为电能，实现了能量的第一部转换!总结：经过原初反应，高等植物通过叶绿体内类囊体膜上光合色素中的聚光色素（大部分叶绿素a和全部叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素）系统吸收、传递光能，并通过作用中心色素分子（极少数特殊状态的叶绿素a）将光能转化为电能，实现了能量的第一部转换!

二、电子传递和光合磷酸化： 电能转化为活跃化学能原初反应的结果：使光系统的反应中心发生电荷分离，将光能变为电能，产生的高能电子推动着光合膜上的电子传递。电子传递的结果： • 一方面，电子经过一系列电子传递体的传递，引起水的裂解放氧以及NADP+的还原； • 另一方面建立了跨膜的质子动力势，启动了光合磷酸化，形成ATP 把电能转化为活跃的化学能。

一、电子和质子的传递 （一）光合电子传递链 • 所谓光合链是指定位在光合膜上的，由多个电子传递体组成的电子传递的总轨道。 • 现在较为公认的是由希尔(1960)等人提出并经后人修正与补充的“Z”方案，即电子传递是在两个光系统串联配合下完成的，电子传递体按氧化还原电位高低排列，使电子传递链呈侧写的“Z”形。 PSII和PSI共同参与从水到NADP+电子传递的Z-方案模式图光下PSII产生氧化水的强氧化剂和还原剂。与此相反，光照下PSI产生还原NADP+的强还原剂和弱氧化剂。两个光系统通过电子传递链连接，使得PSI氧化剂接受PSII还原剂提供传递的电子。

Chl FDx FDA FDB FDs phe FP QA NADP+ Cyt-b QB Q库从基质中获取质子从基质中获取质子 Fe-S Cyt-f 释放质子到内囊体腔 PC P700 H2O 锰复合物光 Z P680 释放质子到内囊体腔光光合电子传递的“Z”链 1960年R.Hill和F.Bendall根据电子传递的氧化还原点位高低秩序，提出光合电子传递链的Z字型链。

“Z”方案特点： • (1)电子传递链主要由光合膜上的PSⅡ、Cyt b６/f、PSⅠ三个复合体串联组成。 • (2)电子传递有二处逆电势梯度，即P680至P680*，P700至P700*，逆电势梯度的电子传递均由聚光色素复合体吸收光能后推动，而其余电子传递都是顺电势梯度的。 • (3)水的氧化与PSⅡ电子传递有关，NADP+的还原与PSⅠ电子传递有关。电子最终供体为水，水氧化时，向PSⅡ传交4个电子，使2H2O产生1个O2和4个H+。电子的最终受体为NADP+。 • (4)PQ是双电子双H+传递体，它伴随电子传递，把H+从类囊体膜外带至膜内，连同水分解产生的H+一起建立类囊体内外的H+电化学势差。图叶绿体中的电子传递模式 LHCⅠ和LHCⅡ分别是PSⅠ和PSⅡ各自的聚光色素复合体，M为含Mn的放氧复合体，实线箭头表示非环式电子传递方向；虚线箭头表示环式或假环式电子传递分叉处。

（一）构成光合电子传递链的组分及其功能 光合电子传递链构成：PSI、PSII、cytb/f复合体和PQ、PC等

红降现象与双光增益现象 红降现象：20世纪40年代，当以绿藻为材料，研究不同光波的量子产额，即每吸收一个光子后释放出的氧分子数，发现用波长大于685nm的远红光照射时，虽然光子仍被大量吸收，但量子产额急剧下降，这种现象称为红降（red drop）。双光增益现象：又叫爱默生效应（Emerson effect），1957年，罗伯特.爱默生（R.Emerson）观察到，在远红光（波长大于685nm）条件下，如补充红光（波长685nm），则量子产额大增，并且比这两种波长的光单独照射时的总和还要大。这种两种波长的光促进光合效率的现象叫做双光增益现象。说明两种波长的光合效应互相帮助。上述两种现象表明：可能在光合作用中，包含有两种光化学反应，并且他们之间的关系是以串联的方式协同作用！

植物体的两个光系统：PSI和PSII 目前已从高等植物叶绿体片层结构中分离出两个光系统，他们都是色素蛋白复合物，其中既有光合色素，又有电子传递体。

LHCII LHCII OEC 1. 光系统II［PSII（P680）］ (1)PSⅡ复合体的组成与反应中心中的电子传递组成：PSⅡ是含有多亚基的蛋白复合体。主要由反应中心P680、PSII捕光复合体（LHCII）、放氧复合体、细胞色素和多种辅助因子等亚单位组成。其中外层是由聚光色素分子和天线蛋白（CP43和CP47）构成的PSII聚光色素复合体（LHCII）。P680、去镁叶绿素（pheo）和质体醌（PQ）均结合在D1和D2两条多肽上。 PSII（P680）：吸收短波红光（680nm）的光系统。颗粒较大，直径为17.5nm，存在于基粒片层的垛叠区，内囊体膜内侧。 • 生理功能： • 吸收光能进行光化学反应，类囊体膜上进行。 • 产生强的氧化剂，在类囊体腔的一侧氧化水释放质子。 • 在叶绿体基质一侧把水中的电子传至质体醌，还原质体醌。 • 特点：水的光解，放氧

PSII反应中心结构模式图 • PSⅡ反应中心的核心部分是分子量分别为32KD和34KD的D1和D2两条多肽。 • 反应中心的次级电子供体Z、中心色素P680、原初电子受体Pheo、次级电子受体QA、QB等都结合在D1和D2上。其中与D1结合的质体醌定名为QB，与D2结合的质体醌定名为QA。这里的Q有双重涵义，既是醌(quinone)的字首，又是荧光猝灭剂(quencher)的字首。 • 组成中心天线的CP47和CP43是指分子量分别为47KD、43KD并与叶绿素结合为聚光色素蛋白复合体，它们围绕P680，比LHCⅡ更快地把吸收的光能传至PSⅡ反应中心，所以被称为中心天线或“近侧天线”。 • D1很容易受到光化学破坏，会发生活性逆转。 • 电子从P680传递到去镁叶绿素（Pheo）继而传递到两个质体醌QA和QB。P680+在“Z”传递链中被D1亚基中酪氨酸残基还原。 • 图中还表明了Mn聚集体(MSP)对水的氧化。 • CP43和CP47是叶绿素结合蛋白。

PSII复合体上的电子传递体途径： D1-161Tyr P680 Pheo QA QB H2O • P680是PSII的反应中心色素，是PSII的原初电子供体，其吸收光谱的峰值为680nm。 • 当P680吸收光子被激发后，将电子传递给Pheo，而自身称为高氧化态的P680＋，就会从D1蛋白亚基上161位的酪氨酸残基（D1-161Tyr，过去也称Z）夺取电子， D1-161Tyr失去电子后又通过Mn聚集体从水分子中得到电子，同时使水分子裂解，形成H+和O2。 • 而Pheo－将电子传递给牢固结合在D2的质体醌QA， QA －又将电子传递给位于D1另一侧的QB ， • QB得到电子后仍然停留在PSII复合体上，直到下一次电子传递发生，得到两个电子后形成PQH2并释放到膜脂中。

QA是单电子体传递体，每次反应只接受一个电子生成半醌 ，它的电子再传递至QB，QB是双电子传递体，QB可两次从QA接受电子以及从周围介质中接受2个H+而还原成氢醌(QH2 )。这样生成的氢醌可以与醌库的PQ交换，生成PQH2。

光子 2H2O O2＋ 4H+＋ 4e 叶绿体 (CH2O) + O2＊ CO2 + H2O＊光能水的光解水的光解（water photolysis）：是希尔（R.Hill）于1937年发现。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，照光后发生水的分解而放出氧气，成为水的光解反应。在水氧化的化学过程中，水被氧化、裂解，放出氧气，需要2分子的水产生1分子的氧气，其中有4个电子的传递，因此PSII需要积累4个氧化等量物以便从2个水分子来产生1分子的氧气。

放氧复合体(OEC)又称锰聚合体(M,MSP)，在PSⅡ靠近类囊体腔的一侧，参与水的裂解和氧的释放。放氧复合体(OEC)又称锰聚合体(M,MSP)，在PSⅡ靠近类囊体腔的一侧，参与水的裂解和氧的释放。 • 水的氧化反应是生物界中植物光合作用特有的反应，也是光合作用中最重要的反应之一。

水氧化的S态转换机制 • H2O氧化成O2中，每产生1个O2分子需要4个电子。每释放1个O2至少必须吸收8个光子。 • 如果PSII的反应中心每次只能传递1个电子，那么光合作用器官是如何将H2O氧化成O2所需的4个氧化态相当物集合在一起？可能是每个反应中心经历了一系列氧化状态，每向下一状态变化时吸收1个光子。当反应中心累计了4个氧化态相当物后才会产生O2。 • 证明此结论在于叶绿体或藻类闪光放氧实验。

20世纪60年代，法国的乔利尔特(P. Joliot)发明了能灵敏测定微量氧变化的极谱电极，用它测定小球藻的光合放氧反应。 • 他们将小球藻预先保持在暗中，然后给以一系列的瞬间闪光照射(如每次闪光5～10μs，间隔300ms)。 • 发现闪光后氧的产量是不均量的，是以4为周期呈现振荡，即第一次闪光后没有O２的释放，第二次释放少量O２，第三次O２的释放达到高峰，每4次闪光出现1次放氧峰(图12)。 • 用高等植物叶绿体实验得到同样的结果。系列闪光对小球藻放氧量的影响在第三个闪光阶段氧形成量最大，以后每四个闪光都可以看到一个周期性的峰值。氧形成量大约在第20个闪光后体系放O２的周期性会逐渐消失，放O２量达到某一平稳的数值。 (Joliot，1965 )

科克(B.Kok，1970)等人根据这一事实提出了关于H２O裂解放氧的“四量子机理假说”： • ①PSⅡ的反应中心与H２O之间存在一个正电荷的贮存处(S) • ②每次闪光，S交给PSⅡ反应中心1个e－； • ③当S失去4e－带有4个正电荷时能裂解2个H２O释放1个O２(图13)， • 图中S即为M，按照氧化程度(即带正电荷的多少)从低到高的顺序，将不同状态的M分别称为S０、S１、S２、S３和S４。即S０不带电荷，S１带 1 个正电荷，……S4带4个正电荷。 • 每一次闪光将状态 S 向前推进一步，直至S４。然后S４从 2 个 H２O中获取 4 个e－，并回到S０。水裂解放氧中的S状态变化 (修改过的Kok水氧化钟模型，注明了H＋的释放部位)

第三章 光合作用