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(共24张PPT)
第5章细胞的能量供应和利用
第4节光合作用与能量转化（2）
新叶伸向和煦的阳光，
蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。
它们为生存而获取能量，
能量在细胞里流转激荡！
第2课时 光合作用的原理
二
光合作用的原理和应用
(1)概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。

(2)反应式： 。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
场 所
条 件
产 物
原 料
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
1、光合作用的概念及反应式
1、叶绿体如何将光能转化为化学能？
2、光合作用如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
3、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
资料1(P102)
不能通过光合作用实现
1928年， 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
资料2：希尔反应(P103讨论）
1.希尔的实验可以得出什么结论？
2.希尔的实验能否确定氧气全部来自水？
3.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
1.水的光解产生氧气。
2.不能。该实验仅能说明离体的叶绿体在适当条件下发生水 的光解产生O2。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧气的转移。
光照
铁盐和其他氧化剂
用什么方法可以确定水光解产生的氧气全部来自水呢？
同位素标记法
3.能。糖的合成一定需要CO2，说明水的光解非必须与糖的合成相关联，暗示希尔反应是相对独立的过程。
资料3：鲁宾和卡门实验（1941年）
同位素标记法；
该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？
相互对照（即对比实验）；
光合作用释放的氧全部来自水，
而并不来源于CO2。
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
资料4：阿尔农实验
光照
ATP
水
光解
尝试用示意图表示ATP的合成与希尔反应的关系？
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应(也称为碳反应)，两个阶段。
光合作用过程的示意图
上述实验可以说明氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
光反应阶段(P103第三段结合图5-14）注意吸收光能的两个的用途
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上(原因是：吸收光能的色素在类囊体体薄膜上）
水的光解：
2H2O O2 +4H++4e-
光能、色素
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能 ATP、NADPH中活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化：
(反应式）
能量变化:
H+
NADPH的合成： H++NADP+ +2e- NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
酶
一方面的用途
另一方面的用途
暗（碳）反应阶段(P104文字+图5-14）
2C3
C5
NADPH
(作为还原剂）
ADP + Pi
（CH2O）+H2O
ATP
多种酶
参加催化
酶
CO2
还原
固定
酶
供能
卡尔文循环（P104)
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
ATP和NADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)+C5
酶
NADPH 、ATP、酶、可以不需要光
场所：
条件：
物质变化:
能量变化:
NADP+
NADPH
NADP+
用小球藻、14C标记14CO2追踪14C的去向
此ATP只能是光反应产生的，不能是呼吸作用生成的
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
酶
类囊体薄膜
叶绿体基质
可见光
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？
2.NADP+和ADP的移动途径呢？
3.NADPH的作用？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量
光合作用的全过程
光反应与暗反应的比较
反应阶段
反应部位
反应条件
物质变化
能量变化
产 物
联 系 光合作用实质 光反应
暗反应
类囊体薄膜
叶绿体基质
必须有光、光合色素、酶
有光或无光均可，多种酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5、NADP+
光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
问：自然状况下，没有光反应暗反应能否长时间进行？若暗反应受影响，光反应是否也受影响？
条件骤变对光合作用中各物质短时间的影响
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
若CO2浓度不变 光反应 NADPHATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱
光照增强
增强
减少（光反应减弱）
增加（C3的还原减弱 C3的消耗减少，CO2的固定C3的生成暂时不变
减少（C3的还原减弱 C5的生成减少，CO2的固定C5的消耗暂时不变
减少
减弱
增加（光反应增强）
减少（C3的还原增强C3的消耗增加，CO2的固定C3的生成暂时不变
增加（C3的还原增强 C5的生成增加，CO2的固定C5的消耗暂时不变
增强
H+
条件骤变对光合作用中各物质短时间的影响
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少
CO2浓度增加
减少（CO2的固定减弱C3的合成减少，C3的还原C3的消耗暂时不变）
增加（CO2的固定减弱C5的消耗减少，C3的还原C5的合成暂时不变）
增加（C3减少，随后C3的还原减弱，NADPH和ATP的消耗减少，光反应暂时不变）
减少（暗反应减弱）
增加（CO2的固定增强C3的合成增加，C3的还原C3的消耗暂时不变）
减少（CO2的固定增强C5的消耗增加，C3的还原C5的合成暂时不变）
减少（C3增加，随后C3的还原增强，NADPH和ATP的消耗增加，光反应暂时不变）
增加（暗反应增强）
光合作用中元素的转移
①H的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O )
②14C的转移：
14CO2 → 14C3 →（14CH2O）+14C5
③18O的转移：
C18O2 → C3 →（CH218O）
H218O → 18O2
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
化能合成作用（P106小字）
能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。（能够进行光合作用或者化能合成作用的生物）
(1)植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行(　　)
(2)能进行光合作用的生物是自养生物(　　)
(3)自养生物都是利用光能把无机物转变成有机物(　　)
×
判断正误
√
×
1、在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（　　　）
　　A. 红光，ATP下降
　　B. 红光，未被还原的C3上升
　　C. 绿光，NADPH下降
　　D. 绿光，C5上升
C
小试牛刀
2、如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述错误的是
A.图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶绿
体基质
B.图示过程的能量变化是光能转变成ATP和
NADPH中活跃的化学能
C.甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸
收蓝紫光
D.图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子
A
3.如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是
A.图中a过程发生在类囊体薄膜上
B.若光照突然停止，短时间内叶绿体
中F的含量会增加
C.c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中
D.E接受C和 NADPH释放的能量并被 NADPH还原
B
4.下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是____，它被传递到叶绿体的_____部位，用于_________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______。
④图中G是__________,F是____________,J是________。
⑤图中的H表示_______， I表示________，H为I提供__________。
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
水
NADPH
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
光能
光反应
NADPH和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
暗反应
网络构建

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