光反應探索

老師介紹-林立元

學歷

美國康乃爾大學畜牧學系博士

研究

分子生物學（Molecular Biology）

分子毒理學（Molecular Toxicology）

生物化學（Biochemistry）

研究主題:細胞訊息傳遞、p53 調控、自噬作用（autophagy）及癌症相關分子機制

目前職位

國立清華大學生命科學系及分子與細胞生物研究所榮譽退休教授

課程簡介

這堂課主要聚焦於實驗，上課內容僅簡單帶過

壹、上課內容

1.使用手電筒照射光碟片，可看見天花板上出現類似彩虹的光影；若在手電筒前加裝不同顏色的壓克力片，以黃色壓克力片為例，可見天花板上出現黃光、橙光、紅光，顯現偏暖色系的繞射圖樣。CD之所以能分光，是因為其表面佈滿密集的凹槽，整齊排列形成反射式光柵，可以將不同波長的光反射並進行干涉，從而分解成彩色光譜。

左圖為直接使用手電筒照射光碟所拍攝之照片

右圖為手電筒隔著壓克力片照射光碟所拍攝之照片

2.光反應：植物光合作用發生於葉肉組織細胞內的葉綠體，光反應在葉綠體中的囊狀堆疊構造->類囊體進行

3.綠色螢光蛋白（Green Fluorescent Protein, GFP）是一種最早從水母中發現的螢光蛋白，受到藍光或紫外光照射時會發出綠色螢光。由於 GFP 不需額外添加試劑即可發光，因此常作為生物學研究中的報導基因（reporter gene），用來觀察蛋白質的位置、基因表現及細胞活動。錢永健（Roger Y. Tsien）於 2008 年獲得諾貝爾化學獎，主要貢獻是發展並改良綠色螢光蛋白（GFP）的應用。

4.生物冷光反應（Bioluminescence）是生物利用化學反應產生光的現象，常見於螢火蟲、發光細菌和部分海洋生物。此反應通常由螢光素（luciferin）在螢光素酶（luciferase）催化下，與氧氣反應產生光，由於幾乎不產生熱，因此稱為「冷光」。生物冷光常被應用於生物醫學研究、基因表現分析及疾病檢測。

5.此圖說明植物光合作用的光反應，發生在葉綠體的類囊體膜上。光能先激發光系統 II（PSII），使水分解產生氧氣、電子和 H⁺；電子沿著電子傳遞鏈移動，並促使 H⁺ 累積在類囊體內腔，形成濃度梯度。接著電子到達光系統 I（PSI），再次吸收光能後將 NADP⁺ 還原成 NADPH；同時 H⁺ 經由 ATP 合成酶流回基質，驅動 ATP 的生成。最後，光反應產生的 ATP 和 NADPH 會提供給後續的卡爾文循環，用來固定二氧化碳並合成葡萄糖。

6.此圖說明葉綠素吸收光能後電子的能量變化。當葉綠素吸收藍光或紅光時，電子會由基態（ground state）躍遷到激發態（excited state），之後電子會先釋放部分能量形成熱，再回到較低激發態，最後回到基態時以螢光（fluorescence）或將能量傳遞給光合作用反應中心的方式釋放能量。因此，光能的吸收會使電子激發，並將光能轉換成可供光合作用利用的化學能。

貳、實驗內容

1.上午

(一)將各種顏色燈卡插入光譜儀，觀察顏色