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(共26张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
(第二课时)
（蓝绿色）
叶绿素a
（黄绿色）
叶绿素b
（橙黄色）
胡萝卜素
叶 黄 素
（黄 色）
叶绿素
（约占3/4，主要吸收红光和蓝紫光）
类胡萝卜素
（约占1/4，主
要吸收蓝紫光）
绿叶中的色素
叶绿体
双层膜
基质中有许多由囊状结构堆叠而成的基粒
光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质
叶绿体是捕获光能、进行光合作用的场所。
结构
功能
温故知新：绿叶中的色素
问题：叶绿体中的光合色素捕获光能将通过什么方式转化为什么物质呢？
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
一
光合作用原理
1.光合作用概念：
2.过程：
指绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存 着的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
能量
合作探究：请自主阅读课本P102-103页，小组合作完成以下问题。
叶绿体是如何将光能转化为化学能？
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
一
光合作用原理
探究光合作用原理的部分实验
思考.讨论
【资料1 】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。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。
C6H12O6
葡萄糖
CH2O
甲醛
（CH2O）
碳水化合物
CO2
二氧化碳
一
光合作用原理
探究光合作用原理的部分实验
思考.讨论
【资料2 】：希尔实验(离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。)
处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2；给予光照。
结果：叶绿体有O2释放。
叶绿体中H2O光解产生氧气。
推测：
4Fe3+ + 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2
光能
离体叶绿体
一
光合作用原理
探究光合作用原理的部分实验
思考.讨论
【资料2 】：希尔实验(离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。)
问题1：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？
结合H2O分解产生的H+和2e-
问题2：叶绿体内参与光合作用的还原剂是什么？
NADP++H++2e- NADPH
酶
还原型的辅酶II(NADPH)
一
光合作用原理
探究光合作用原理的部分实验
思考.讨论
问题5：希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
反应体系中可以还存在其他氧元素供体，没有排除叶绿体中其他物质的干扰;
不能说明
问题4：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？
该实验中不存在合成糖类的原料-CO2，说明水的光解是一个相对独立的反应阶段；
可以说明
一
光合作用原理
探究光合作用原理的部分实验
思考.讨论
【资料3】鲁宾和卡门实验
实验思路：用同位素标记来研究物质的去路
材料：小球藻
处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。
光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。
结果：A为O2，B为18O2；
结论：
一
光合作用原理
探究光合作用原理的部分实验
思考.讨论
【资料4】阿尔农实验
材料：离体叶绿体
处理：加入ADP、Pi，给予光照
结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气；
光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。
结论：
H2O O2 + 2H+
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
+ 能量
一
光合作用原理
上述实验表明光合作用不是一个简单的化学反应，是分阶段进行的。实际上，光合作用包括一些列化学反应。
根据是否需要光能，可以概括的分为光反应和暗反应(碳反应)
一
光合作用原理
1.光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？
2.每个阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何？
合作探究七：请自主阅读课本P103-104页，小组合作完成以下问题。
光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应条件
反应场所
物质变化
能量变化
联系 光合作用原理
一
光合作用的过程（视频）
一
光合作用原理
7.光合作用过程：
光反应阶段
①条件：
②场所：
③物质转化：
④能量转化：
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H++e-
NADPH
酶
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+
类囊体薄膜
水的光解：
ATP的合成：
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
光
色素
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
光能 → ATP和NADPH中活跃的化学能
一
光合作用原理
7.光合作用过程：
光反应阶段
知识拓展：光反应示意图
一
光合作用原理
7.光合作用过程：
暗反应阶段
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
还原
酶
NADPH
酶
能量
①条件：
②场所：
叶绿体基质中
有光无光都可以，多种酶等
有机物中的化学能
CO2的固定：
C3的还原：
2C3 (CH2O) + C5
酶
ATP、NADPH
CO2＋C5 2C3
酶
③物质转化：
ATP、NADPH中的化学能
④能量转化：
C5：核酮糖-1 ,5-二磷酸，即RuBP
C3：3-磷酸甘油酸
2C3
固定
一
光合作用原理
7.光合作用过程：
暗反应阶段（卡尔文循环）
卡尔文实验
用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。
1961年12月10日获第61届诺贝尔化学奖
放射性同位素标记法
葡萄糖、淀粉在叶绿体基质中合成
蔗糖在细胞质基质中合成
14C02→14C3→(14CH20)+14C5
光合作用原理
一
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
光反应
暗反应
H++e-
NADPH
酶
酶
能量
类囊体薄膜
叶绿体基质
NADPH的作用？
1.作为还原剂；
2.储存部分能量供暗反应阶段利用。
小结：
光能→ATP和NADPH
中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能
→有机物中稳定的化学能
ATP的作用？
只能用于暗反应中C3的还原
光合作用原理
一
思考·讨论
光反应与暗反应的联系
联系：
光反应
NADPH、ATP
暗反应
ADP、Pi、NADP+
光反应与暗反应相互影响相互制约，两者都不能长期独立进行。
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+和ADP、Pi
光合作用原理
一
联系 光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、酶
酶、ATP、NADPH
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质中
水的光解；
ATP、NADPH的合成
CO2的固定；C3的还原
ATP、NADPH中的化学能
光能
ATP、NADPH中的化学能
有机物中的化学能
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+和ADP、Pi
思考·讨论
光反应和暗反应的区别与联系
【问题】叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？
光合作用产生的ATP只用于暗反应C3 的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动；
细胞质基质、线粒体、叶绿体；
【问题】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？
ATP和NADPH：从叶绿体的类囊体薄膜 叶绿体基质；
ADP和NADP+：从叶绿体基质 类囊体薄膜。
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
光合作用原理
一
光合作用中元素的转移：
（1）H的转移：
（2）C的转移：
（3）O的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O )
CO2 → C3 →（CH2O）
CO2 → C3 →（CH2O）
H2O → O2
光合作用原理
一
合作探究八：正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、[H] 、ATP含量如何变化？若突然停止CO2的供应呢？
条件
停止光照
CO2供应不变
突然光照
CO2供应不变
光照不变
停止CO2供应
光照不变
增加CO2供应
C3
C5
ATP
NADPH
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
光合作用原理
一
整个光合作用过程中的物质变化和能量变化分别是什么？
物质变化：
无机物
能量变化：
光能
转变
转变
光合作用的实质：合成有机物，储存能量。(提供了生命活动的能量来源)
有机物
糖类等有机物中的化学能
特别说明：光合作用的产物除糖类和氧外，还有氨基酸、脂肪等有机物
代谢类型
同化作用
异化作用
自养
异养
光能自养
(光合作用)
化能自养
需氧、厌氧、兼性厌氧呼吸
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
光合作用原理
一
化能合成作用：
光合作用原理
一
项目 光合作用 有氧呼吸
发生范围 含叶绿体植物、 光合细菌、蓝细菌 所有活细胞
物质变化 无机物合成_______ 有机物被分解成_______
能量变化 光能→____________ 稳定的化学能→________________________
实质 ____________________ 分解有机物、释放能量，供细胞利用
场所 主要是叶绿体 细胞质基质和线粒体
条件 _____________ 时刻都能进行
有机物
无机物
稳定的化学能
热能、ATP中活跃的化学能
合成有机物，储存能量
只在光下进行
光合作用与细胞呼吸过程的关系
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
完成填空：
　实战训练　

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