電子傳遞和光合磷酸化

原初反應使光系統的反應中心發生電荷分離，產生的高能電子推動著光合膜上的電子傳遞。電子傳遞的結果，一方面引起水的裂解放氧以及NADP+的還原；另一方面建立了跨膜的質子動力勢，啟動了光合磷酸化，形成ATP。這樣就把電能轉化為活躍的化學能。

一、電子和質子的傳遞

（一）光合鏈(photosynthetic chain)

所謂光合鏈是指定位在光合膜上的，由多個電子傳遞體組成的電子傳遞的總軌道。現在較為公認的是由希爾(1960)等人提出并經后人修正與補充的“Z”方案(“Z” scheme)，即電子傳遞是在兩個光系統串聯配合下完成的，電子傳遞體按氧化還原電位高低排列，使電子傳遞鏈呈側寫的“Z”形。

葉綠體中的電子傳遞模式可以看出：(1)電子傳遞鏈主要由光合膜上的PSⅡ、Cyt b6/f、PSⅠ三個復合體串聯組成。(2)電子傳遞有二處是逆電勢梯度，即P680至P680*，P700至P700*，這種逆電勢梯度的“上坡”電子傳遞均由聚光色素復合體吸收光能后推動，而其余電子傳遞都是順電勢梯度進行的。(3)水的氧化與PSⅡ電子傳遞有關，NADP+的還原與PSⅠ電子傳遞有關。電子最終供體為水，水氧化時，向PSⅡ傳交4個電子，使2H2O產生1個O2和4個H+。電子的最終受體為NADP+。(4)PQ是雙電子雙H+傳遞體，它伴隨電子傳遞，把H+從類囊體膜外帶至膜內，連同水分解產生的H+一起建立類囊體內外的H+電化學勢差，并以此而推動ATP生成。

(二)光合電子傳遞體的組成與功能

以下按“Z”圖式中電子傳遞的順序介紹幾種電子傳遞體的性質與功能。

1.PSⅡ復合體 PSⅡ的生理功能是吸收光能，進行光化學反應，產生強的氧化劑，使水裂解釋放氧氣，并把水中的電子傳至質體醌。

(1)PSⅡ復合體的組成與反應中心中的電子傳遞 PSⅡ是含有多亞基的蛋白復合體。它由聚光色素復合體Ⅱ、中心天線、反應中心、放氧復合體、細胞色素和多種輔助因子組成。PSⅡ的聚光色素復合體(PSⅡ light harvesting pigment complex，LHCⅡ)，因離反應中心遠而稱“遠側天線”。LHCⅡ除具有吸收、傳遞光能的作用外，還具有耗散過多激發能，保護光合器免受強光破壞的作用。另外，LHCⅡ磷酸化后，可在類囊體膜上移動，從堆疊的基粒(富含PSⅡ)區域橫向移動至非堆疊的基質(富含PSⅠ)區域，并成為PSⅠ的聚光色素系統，擴大了PSⅠ的捕光面積，協調兩個光系統之間的能量分配。這就是所謂的“天線移動”。

組成中心天線的CP47和CP43是指分子量分別為47 000、43 000并與葉綠素結合的聚光色素蛋白復合體，它們圍繞P680，比LHCⅡ更快地把吸收的光能傳至PSⅡ反應中心，所以被稱為中心天線或“近側天線”。

PSⅡ反應中心的核心部分是分子量分別為32 000和34 000的D1和D2兩條多肽。反應中心的次級電子供體YZ、中心色素P680、原初電子受體Pheo、次級電子受體QA、QB等都結合在D1和D2上。 其中與D1結合的質體醌定名為QB，與D2結合的質體醌定名為QA。這里的Q有雙重涵義，既是醌(quinone)的字首，又是熒光猝滅劑(quencher)的字首。QA是單電子體傳遞體，每次反應只接受一個電子生成半醌(semiquinone)，它的電子再傳遞至QB，QB是雙電子傳遞體，QB可兩次從QA接受電子以及從周圍介質中接受2個H+而還原成氫醌(hydroquinone)QH2。這樣生成的氫醌可以與醌庫的PQ交換，生成PQH2。

放氧復合體(oxygen-evolving complex，OEC)又稱M，在PSⅡ靠近類囊體腔的一側，參與水的裂解和氧的釋放。

(2)水的氧化與放氧 水的氧化反應是生物界中植物光合作用特有的反應，也是光合作用中最重要的反應之一。前已提到每釋放1個O2需要從2個H2O中移去 4 個 e-，同時形成 4 個 H+。

20世紀60年代，法國的喬利爾特(P. Joliot)發明了能靈敏測定微量氧變化的極譜電極，用它測定小球藻的光合放氧反應。他們將小球藻預先保持在暗中，然后給以一系列的瞬間閃光照射(如每次閃光5～10μs，間隔300ms)。發現閃光后氧的產量是不均量的，是以4為周期呈現振蕩，即第一次閃光后沒有O2的釋放，第二次釋放少量O2，第三次O2的釋放達到高峰，每4次閃光出現1次放氧峰。用高等植物葉綠體實驗得到同樣的結果。

科克(B.Kok，1970)等人根據這一事實提出了關于H2O裂解放氧的“四量子機理假說”：①PSⅡ的反應中心與H2O之間存在一個正電荷的貯存處(S) ②每次閃光，S交給PSⅡ反應中心1個e-；③當S失去4e-帶有4個正電荷時能裂解2個H2O釋放1個O2，圖中S即為M，按照氧化程度(即帶正電荷的多少)從低到高的順序，將不同狀態的M分別稱為S0、S1、S2、S3和S4。即S0不帶電荷，S1帶 1 個正電荷，……S4帶 4 個正電荷。每一次閃光將狀態 S 向前推進一步，直至S4。然后S4從 2 個H2O中獲取 4 個e-，并回到S0。此模型被稱為水氧化鐘(water oxidizing clock)或Kok鐘(Kok clock)。這個模型還認為，S0和S1是穩定狀態，S2和S3在暗中退回到S1，S4不穩定。這樣在葉綠體暗適應過程后，有3/4的M處于S1，1/4處于S0。因此最大的放O2量在第三次閃光時出現。

S的各種狀態很可能代表了含錳蛋白的不同氧化態。每個M含有4個Mn，Mn可以有M2+、Mn3+和Mn4+的各種不同氧化態。而所有4個Mn對O2的釋放都是必需的。

原Kok鐘模型沒有指出 H+的釋放部位與機理。后人的閃光實驗表明，當S變化時，H+ 的釋放數是1、0、1、2，即2個H2O中的4H+分別在S0→S1，S2→S3，S3→S4轉變時釋放。水中的O2被釋放，而H+進入類囊體腔中，提高了類囊體腔中的H+濃度。

2.質醌

質醌也叫質體醌，是PSⅡ反應中心的末端電子受體，也是介于PSⅡ復合體與Cyt b6/f復合體間的電子傳遞體。質體醌為脂溶性分子，能在類囊體膜中自由移動，轉運電子與質子。質體醌在膜中含量很高，約為葉綠素分子數的5%～10%，故有“PQ庫”之稱。

PQ庫作為電子、質子的緩沖庫，能均衡兩個光系統間的電子傳遞(如當一個光系統受損時，使另一光系統的電子傳遞仍能進行)，可使多個PSⅡ復合體與多個Cyt b6/f 復合體發生聯系，使得類囊體膜上的電子傳遞成網絡式地進行。另一方面，質體醌是雙電子、雙質子傳遞體，氧化態的質體醌可在膜的外側接收由PSⅡ(也可是PSⅠ)傳來的電子，同時與H+結合；還原態的質體醌在膜的內側把電子傳給Cyt b6/f ，氧化時把H+釋放至膜腔。這對類囊體膜內外建立質子梯度起著重要的作用。

3.Cyt b6/f 復合體 Cyt b6/f 復合體作為連接PSⅡ與PSⅠ兩個光系統的中間電子載體系統，含有Cyt f、Cyt b6(2個，為電子傳遞循環劑)和Rieske鐵-硫蛋白(又稱〔Fe-S〕R，是由Rieske發現的非血紅素的Fe蛋白質)，主要催化PQH2的氧化和PC的還原，并把質子從類囊體膜外間質中跨膜轉移到膜內腔中。因此Cyt b6/f 復合體又稱PQH2·PC氧還酶。

PQH2+2PC(Cu2+) PQ + 2PC(Cu+) + 2H+ (4-20)

4.質藍素 質藍素(plastocyanin，PC)是位于類囊體膜內側表面的含銅的蛋白質，氧化時呈藍色。它是介于Cyt b6/f復合體與PSⅠ之間的電子傳遞成員。通過蛋白質中銅離子的氧化還原變化來傳遞電子。

高等植物PSⅠ復合體存在類囊體非堆疊的部分，PSⅡ復合體存在堆疊部分，而Cyt b6/f 比較均勻地分布在膜中，因而推測PC通過在類囊體腔內擴散移動來傳遞電子。

5.PSⅠ復合體 PSⅠ的生理功能是吸收光能，進行光化學反應，產生強的還原劑，用于還原NADP+，實現PC到NADP+的電子傳遞。

高等植物的PSⅠ由反應中心和LHCⅠ等組成。反應中心內含有11～12個多肽，其中在1a和1b兩個多肽上結合著P700及A0、A1、FX、FA、FB等電子傳遞體。FX、FA、FB是PSⅠ中3個鐵硫蛋白，都具有4鐵-4硫中心結構，其中4個硫與蛋白質的4個半胱氨酸殘基連接，它們主要依4鐵-4硫中心中的鐵離子的氧化還原來傳遞電子。高等植物每一個PSⅠ復合體中含有兩個LHCⅠ(light harvesting pigment complex Ⅰ)，LHCⅠ吸收的光能能傳給PSⅠ的反應中心。

6.鐵氧還蛋白和鐵氧還蛋白-NADP+還原酶 鐵氧還蛋白(ferrdoxin,Fd)和鐵氧還蛋白-NADP+還原酶(ferrdoxin-NADP+ reductase,FNR)都是存在類囊體膜表面的蛋白質。Fd是通過它的2鐵-2硫(圖4-14右)活性中心中的鐵離子的氧化還原傳遞電子的。Fd也是電子傳遞的分叉點。電子從PSⅠ傳給Fd后有多種去向：如傳給FNR進行非環式電子傳遞；傳給Cyt b6/f 或經NADPH再傳給PQ進行環式電子傳遞；傳給氧進行假環式電子傳遞； 交給硝酸參與硝酸還原； 傳給硫氧還蛋白(Td)進行光合酶的活化調節……。FNR中含1分子的黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，依靠核黃素的氧化還原來傳遞H+。因其與Fd結合在一起，所以稱Fd-NADPv還原酶。FNR是光合電子傳遞鏈的末端氧化酶，接收Fd傳來的電子和基質中的H+，還原NADP+為NADPH，反應式可用下式表示：

7.光合膜上的電子與H+的傳遞 現在用圖4-15對光合膜上的電子傳遞與H+轉運作一小結。

圖4-15 光合膜上的電子與質子傳遞

LHCⅡ等受光激發后將接受的光能傳到PSⅡ反應中心P680，并在那里發生光化學反應，同時將激發出的e－傳到原初電子受體Pheo，再傳給靠近基質一邊的結合態的質體醌(QA)，從而推動了PSⅡ的最初電子傳遞。P680失去e-后，變成一個強的氧化劑，它向位于膜內側的電子傳遞體YZ爭奪電子而引起水的分解，并將產生的氧氣和H+釋放在內腔。另一方面，QA的e-經QB傳給PQ，PQ的還原需要2e-和來自基質的2H+。還原的PQH2向膜內轉移，傳2e-給Cyt b6/f復合體，其中1個e-交給Cyt b6/f ，進而傳給PQ，另1個e-則傳給〔Fe-S〕R。因為Cyt b6/f 的氧化還原僅涉及電子，所以2H+就釋放到膜腔。還原的Cyt f將e-經位于膜內側表面的PC傳至位于膜內側的PSⅠ反應中心P700。

與PSⅡ類同，P700受光激發后，把e-傳給A0，經A1、Fx、FA和FB，再把e-交給位于膜外側的Fd與FNR，最后由FNR使NADP+還原，NADP+還原時，還要消耗基質中的H+。NADPH留在基質中，用于光合碳的還原。

在電子傳遞的同時，H+從基質運向膜內腔，產生了膜內外的H+電化學勢梯度。依電化學勢梯度，H+經ATP酶流出時偶聯ATP的產生，形成的ATP留在基質中，用于各種代謝反應。

(三) 光合電子傳遞的類型

根據電子傳遞到Fd后去向(圖4-10)，將光合電子傳遞分為三種類型。

1.非環式電子傳遞(noncyclic electron transport) 指水中的電子經PSⅡ與PSⅠ一直傳到NADP+的電子傳遞途徑。傳遞過程如下：

H2O → PSⅡ → PQ →Cyt b6/f → PC → PSⅠ→Fd→FNR → NADP+ (4-22)

按非環式電子傳遞，每傳遞4個e-，分解2個H2O，釋放1個O2，還原2個NADP+，需要吸收8個光量子，量子產額為1/8，同時轉運8個H+進類囊體腔。

2,環式電子傳遞(cyclic electron transport) 通常指PSⅠ中電子由經Fd經PQ，Cyt b6/f PC等傳遞體返回到PSⅠ而構成的循環電子傳遞途徑。即：

PSⅠ→Fd→PQ→Cyt b6/f→PC→PSⅠ (4-23)

環式電子傳遞不發生H2O的氧化，也不形成NADPH，但有H+的跨膜運輸，每傳遞一個電子需要吸收一個光量子。也有人認為，PSⅡ中也存在著循環電子傳遞途徑，其電子是從QB經Cytb５５９ ，然后再回到P680。

3.假環式電子傳遞(pseudocyclic electron transport) 指水中的電子經PSⅠ與PSⅡ傳給Fd后再傳給O2的電子傳遞途徑，這也叫做梅勒反應(Mehler′s reaction)。

HVO→PSⅡ→PQ→Cyt b6/f→PC→PSⅠ→Fd→O2 （4-24）

Fd為單電子傳遞體，其氧化時把電子交給O2，使O2生成超氧陰離子自由基。

Fd還原 + O2 Fd氧化 + O2（4-25）

葉綠體中有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)，能消除O2 - 。

O2- + O2- + 2H＋ H2O2 + O2 （4-26）

假環式電子傳遞的結果造成O2的消耗與H2O2的生成。假環式電子傳遞實際上也是非環式電子傳遞，也有H+的跨膜運輸，只是電子的最終受體不是NADP+而是O2。

二、光合磷酸化

1954年阿農等人用菠菜葉綠體，弗倫克爾(A.M.Frenkel)用紫色細菌的載色體相繼觀察到，光下向葉綠體或載色體體系中加入ADP與Pi則有ATP產生。從此人們把光下在葉綠體(或載色體)中發生的由ADP與Pi合成ATP的反應稱為光合磷酸化(photosynthetic phosphorylation，photophosphorylation)。

(一) 光合磷酸化的類型

與光合電子傳遞類同，光合磷酸化也被分為三種類型。

１.非環式光合磷酸化(noncyclic photophosphorylation) 與非環式電子傳遞偶聯產生ＡＴＰ的反應。按圖4-15，非環式光合磷酸化與吸收量子數的關系可用下式表示。

2ＮＡＤＰ+＋3ＡＤＰ＋3Pi → 2ＮＡＤＰＨ＋3ＡＴＰ＋O2+2H+＋６Ｈ2Ｏ

在進行非環式光合磷酸化的反應中，體系除生成ATP外，同時還有NADPH的產生和氧的釋放。非環式光合磷酸化僅為含有基粒片層的放氧生物所特有，它在光合磷酸化中占主要地位。

２.環式光合磷酸化(cyclic photophosphorylation) 與環式電子傳遞偶聯產生ＡＴＰ的反應。

ＡＤＰ＋Ｐｉ → ＡＴＰ＋Ｈ2Ｏ

環式光合磷酸化是非光合放氧生物光能轉換的唯一形式，主要在基質片層內進行。它在光合演化上較為原始，在高等植物中可能起著補充ATP不足的作用。

３.假環式光合磷酸化(pseudocyclic photophosphorylation) 與假環式電子傳遞偶聯產生ＡＴＰ的反應。此種光合磷酸化既放氧又吸氧，還原的電子受體最后又被氧所氧化。

Ｈ2Ｏ+ＡＤＰ＋Ｐｉ → ATP+ O2-。＋４Ｈ+

NADP+供應量較低，例如NADPH的氧化受阻，則有利于假環式電子傳遞的進行。

非環式光合磷酸化與假環式光合磷酸化均被DCMU(二氯苯基二甲基脲，dichlorophenyl dimethylures,商品名為敵草隆，diuron，一種除草劑)所抑制，而環式光合磷酸化則不被DCMU抑制。

(二)光合磷酸化的機理

１.光合磷酸化與電子傳遞的偶聯關系 三種光合磷酸化作用都與電子傳遞相偶聯。如果在葉綠體體系中加入電子傳遞抑制劑，那么光合磷酸化就會停止；同樣，在偶聯磷酸化時，電子傳遞則會加快，所以在體系中加入磷酸化底物會促進電子的傳遞和氧的釋放。

磷酸化和電子傳遞的關系可用ATP/e2-或P/O來表示。ATP/e2-表示每對電子通過光合電子傳遞鏈而形成的ATP分子數；P/O表示光反應中每釋放1個氧原子所能形成的ATP分子數。比值越大，表示磷酸化與電子傳遞偶聯越緊密。從圖4-15或（4-27）式看,經非環式電子傳遞時分解2分子H2O，放1 個O2與傳遞2對電子，使類囊體膜腔內增加8個H+(放氧復合體處放4個H+，PQH2與Cytb6/f間的電子傳遞時放4個H+)，如按8個H+形成3個ATP算，即傳遞2對電子放1個O2，能形成3個ATP，即ATP/e2或P/O理論值應為1.5，而實測值是在0.9～1.3之間。

2.化學滲透學說 關于光合磷酸化的機理有多種學說，如中間產物學說、變構學說、化學滲透學說等，其中被廣泛接受的是化學滲透學說。

化學滲透學說(chemiosmotic theory)由英國的米切爾(Mitchell，1961)提出，該學說假設能量轉換和偶聯機構具有以下特點：①由磷脂和蛋白多肽構成的膜對離子和質子的透過具有選擇性　②具有氧化還原電位的電子傳遞體不勻稱地嵌合在膜內。③膜上有偶聯電子傳遞的質子轉移系統。④膜上有轉移質子的ATP酶。在解釋光合磷酸化機理時，該學說強調：光合電子傳遞鏈的電子傳遞會伴隨膜內外兩側產生質子動力(proton motive force,pmf)，并由質子動力推動ＡＴＰ的合成。許多實驗都證實了這一學說的正確性。

（1）化學滲透學說的實驗證據

①階段光合磷酸化實驗 指光合磷酸化可以相對分成照光階段和暗階段來進行，照光不向葉綠體懸浮液中加磷酸化底物，而斷光時再加入底物能形成ATP的實驗。１９６２年，中國的沈允鋼等人，用此實驗探測到光合磷酸化高能態(Z*)的存在。1963年賈格道夫(Jagendorf)等也觀察到了光合磷酸化高能態的存在。起初認為Z*是一種化學物質，以此提出了光合磷酸化中間物學說。現在知道高能態即為膜內外的H+電化學勢。所謂兩階段光合磷酸化，其實質是光下類囊體膜上進行電子傳遞產生了跨膜的H+電化學勢，暗中利用H+電化學勢將加入的ADP與Pi合成ATP。

圖4-16 酸-堿磷酸化實驗示意

②酸-堿磷酸化實驗 賈格道夫等(1963)在暗中把葉綠體的類囊體放在pＨ4的弱酸性溶液中平衡，讓類囊體膜腔的ｐＨ下降至4(圖4-16A)，然后加進pH8和含有ADP和Pi的緩沖溶液(圖4-16B)，這樣瞬間的pH變化使得類囊體膜內外之間產生一個H+梯度。這個H+梯度能使ADP與Pi生成ATP，而這時并不照光，也沒有電子傳遞。這種驅動ATP合成的類囊體內外的pH差在活體中正是由光合電子傳遞和H+轉運所形成的。這一酸-堿磷酸化實驗給化學滲透假說以最重要的支持證據。

③光下類囊體吸收質子的實驗 對無pH緩沖液的葉綠體懸浮液照光，用pH計可測到懸浮液的pH升高。這是由于光合電子傳遞引起了懸浮液中質子向類囊體膜腔運輸，使得膜內H+濃度高而膜外較低的緣故。電子傳遞產生了質子梯度后，質子就有反向跨膜轉移的趨向，質子反向轉移時，質子梯度所貯藏的能量就被用去合成ATP(圖4-15)。

以上實驗都證實了米切爾的化學滲透學說的正確性，因而米切爾獲得了1978年度的諾貝爾化學獎。

(2)H+電化學勢與質子動力 e-傳遞與H+向膜內的運轉,還會引起類囊體膜的電勢變化，使膜外側帶負電荷，膜內側帶正電荷，從而產生H+電化學勢差(ΔμH+)：

ΔμH+＝μH+內 －μH+外

　　＝RT(ln [H+內] －ln [H+外])+F(E內－E外)

　　＝RTln([H+內]/ [H+外])+FΔE

　　＝2.3RTΔpH+FΔE (4-30)

式中R-氣體常數(8.314J·mol-1·K-1)，T-絕對溫度(K)，F-法拉第常數(96.5kJ·mol-1·V-1)，ΔE-膜電勢(V)。

25℃時，ΔμH+ ＝5.7ΔpH(kJ·mol-1)+96.5ΔE(kJ·mol-1) (4-31)

上式（4-31）中5.7ΔpH(kJ·mol-1)為膜內外質子濃度差所具有的能量，而96.5ΔE(kJ·mol-1)為膜電勢所具有的能量。

將式4-31兩邊用F(96.5kJ·mol-1·V-1)除，規定△μH+/F為質子動力，其單位為電勢(V)。

在25℃時：pmf＝0.059ΔpH+ΔE

葉綠體類囊體膜的質子動力大部分是來自ΔpH部分，電荷分布所產生的ΔE的貢獻很小，原因是其它離子，如Cl-、K+或Mg2+也能穿透類囊體膜，當H+穿透類囊體膜時，Cl-可以與H+同向穿透，或Mg2+ 與H+(1Mg2+/2H+)反向穿透，這樣就保持了電中性，結果不產生電勢差。

3.ATP合成的部位——ATP酶 質子反向轉移和合成ATP是在ATP酶(腺苷三磷酸酶 adenosine triphosphatase，ATPase)上進行的。葉綠體內囊體膜上的ATP酶也稱偶聯因子(coupling factor)或CF1-CF0復合體。葉綠體的ATP酶與線粒體、細菌膜上的ATP酶結構十分相似，都由兩個蛋白復合體組成：一個是突出于膜表面的親水性的“CF1”；另一個是埋置于膜中的疏水性的“CF0”。ATP酶由九種亞基組成，分子量為550 000左右，催化的反應為磷酸酐鍵的形成，即把ADP和Pi合成ATP。另外ATP酶還可以催化逆反應，即水解ATP，并偶聯H+向類囊體膜內運輸。

CF1的分子量約400 000，它含有α(60 000),β(56 000),γ(39 000),δ(19 000)和ε(14 000)的5種亞基。其中α亞基有結合核苷酸的部位，在進行催化時可能發生構象變化；β亞基是合成和水解ATP分子的催化位置；γ亞基控制質子的穿流；δ亞基也許與CF0的結合有關；ε亞基似乎能抑制CF1-CF0復合體在暗中的活性，防止ATP的水解。δ和ε亞基還有阻塞經CF0的質子泄漏的作用。 CF0含有四個亞基：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。Ⅲ是多聚體，可能含有12個多肽，總分子量為100 000。Ⅲ可能是CF0中質子轉移的主要通道，而Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ亞基的功能可能與建立質子轉移通道或與結合CF1有關。

當類囊體膜失去CF1后，就失去磷酸化功能，如果重新加進CF1即可恢復磷酸化功能。失去了CF1的類囊體膜會泄漏質子。但是一旦將CF1加回到膜上或是加進CF0的抑制劑后，質子泄漏就停止了。這表明CF0是質子的“通道”，供應質子給CF1去合成ATP。至于CF1如何利用H+越膜所釋放的能量來合成ATP，美國的鮑易爾（Boyer 1993）認為，是H+濃度遞度引起CF1上亞基的轉動變構而催化ATP合成的。

ATP合成的結合轉化機制

γ-亞基的轉動引起β亞基的構象依緊繃(T)、松馳(L)和開放(O)的順序變化，完成ADP和Pi的結合、 ATP的形成以及ATP的釋放三個過程

4.光合磷酸化的抑制劑 葉綠體進行光合磷酸化，必須：(1)類囊體膜上進行電子傳遞；（2)類囊體膜內外有質子梯度；(3)有活性的ATP酶。破壞這三個條件之一的試劑都能使光合磷酸化中止，這些試劑也就成了光合磷酸化的抑制劑。

(1)電子傳遞抑制劑 指抑制光合電子傳遞的試劑，如羥胺(NH2OH)切斷水到PSⅡ的電子流，DCMU抑制從PSⅡ上的Q到PQ的電子傳遞；KCN和Hg等則抑制PC的氧化。一些除草劑如西瑪津(simazine)、阿特拉津(atrazine)、除草定(bromacil)、異草定(isocil)等也是電子傳遞抑制劑，它們通過阻斷電子傳遞抑制光合作用來殺死植物。

(2)解偶聯劑 指解除磷酸化反應與電子傳遞之間偶聯的試劑。常見的這類試劑有DNP(dinitrophenol,二硝基酚)、CCCP(carbonyl cyanide-3-chlorophenyl hydrazone,羰基氰-3-氯苯腙)、短桿菌肽D、尼日利亞菌素、NH+4等，這些試劑可以增加類囊體膜對質子的透性或增加偶聯因子滲漏質子的能力，其結果是消除了跨膜的H+電化學勢，而電子傳遞仍可進行，甚至速度更快(因為消除了內部高H+濃度對電子傳遞的抑制)，但磷酸化作用不再進行。

(3)能量傳遞抑制劑 指直接作用ATP酶抑制磷酸化作用的試劑，如二環己基碳二亞胺(DCCD)、對氯汞基苯(PCMB)作用于CF1，寡霉素作用于CF0(CF0 下標的o就是表明其對寡霉素oligomycin敏感)。它們都抑制了ATP酶活性從而阻斷光合磷酸化。

葉綠體電子傳遞鏈的抑制劑作用位點

DCMU和DBMIB阻止電子傳遞反應，而還原態的百草枯自動氧化為基本離子，導致超氧和其他活性氧種類的形成。

三、光反應中的光能轉化效率

光能轉化效率是指光合產物中所貯存的化學能占光合作用所吸收的有效輻射能的百分率。光反應中，植物把光能轉變成化學能貯藏在ATP和NADPH中。

每形成1mol ATP需要約50kJ能量，每形成1mol NADPH便有2mol e-從0.82V(H2O/O2氧化還原電位)上升到－0.32V(NADPH電位)。這一過程的自由能變化為

△G＝－nF△E＝－2×96.5×(－1.14)＝220kJ

如果按非環式電子傳遞,式(4-27)每吸收8mol光量子形成2molNADPH和3molATP來考慮，在光反應中吸收的能量按680nm波長的光計算，則8mol光量子的能量(E2)為：

E2＝hNC/λ×8＝6.626×10-34Ｊ·s×6.023×１０23×(3.0×108m·s-1／６８０×１０-9m)×8 ＝1410kJ

8 mol光子可轉化成的化學能(E１)

E1＝220kJ×2+50kJ×3＝590kJ

能量轉化率＝ (光反應貯存的化學能/吸收的光能＝ E1/E2＝590kJ/1410kJ≈0.42＝42%

由此可見，光反應中光能轉化效率還是較高的。