光合作用与能量转化

Photosynthesisandenergyconversion

光合作用与

能量转化选自：新教材必修一第五章第四节课时安排：3课时叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？资料11881年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片，放在无氧的黑暗环境里，用极细的光束照射水绵，通过显微镜观察发现，细菌只向叶绿体被光束照射到的部分集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。恩格尔曼实验的结论是什么？恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处？氧气是叶绿体释放出来的。实验材料选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验;临时装片暴露在光下的实验，再一次验证了实验结果。叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？资料1紧接着，恩格尔曼又做了一个实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。第2个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需要细菌在此区域分布。资料2在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必须的酶。叶绿体内巨大的膜表面上分布着许多吸收光能的色素，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必须的酶，这是叶绿体捕获光能进行光合作用的结构基础。叶绿体的结构与功能

分布

形态：一般呈扁平的椭球形或球形

功能：光合作用的场所

结构基粒：由多个类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含色素和酶。基粒和类囊体极大扩展了受光面积基质：含多种光合作用所必需的酶外膜内膜透明，有利于光线的透过：主要分布在绿色植物的叶肉细胞光合作用的原理和应用光合作用是指：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。CO2+H2O光能叶绿体（CH2O)+O2产物中的O2来自哪里？CH2O是如何形成的？该反应中物质和能量的变化是怎样的？希尔的实验说明水的光解产生O2（是/否）说明植物光合作用产生的O2中的O全部都来自水；离体叶绿体悬浮液由黄色变为浅绿色，说明叶绿体在光照条件下生成了把Fe3还原成的Fe2；希尔的实验并没有检测到糖的生成。若像悬浮液中通入CO2，在光照条件下就能检测到糖的生成，这说明水的光解和糖的合成是（是/否）同一个化学反应；探索光合作用原理的部分实验资料31937年，英国植物学家希尔发现：在离体叶绿体的悬浮液（有H2O，不含CO2）中加入黄色的铁盐（Fe3）氧化剂，在光照下可以释放出O2，溶液的颜色由黄色变为浅绿色。像这样离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2的化学反应称为希尔反应。1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法研究了光合作用中O2的分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：探索光合作用原理的部分实验资料4第1组：给植物提供H218O和CO2，结果释放的都是18O2；第2组：给植物提供H2O和C18O2，结果释放的都是O2；C18O2H2OO2小球藻CO2H218O18

O2小球藻结论：光合作用释放的氧气来自于水。1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是和水的光解相伴随。探索光合作用原理的部分实验资料5尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。H2O光能叶绿体O2+NADPH+能量ADP+PiATP结论：上述实验表明光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。光合作用的原理光反应阶段：必须有光才能进行。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。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（碳）反应两个阶段。叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面将水分解成氧和H，氧直接以氧分子的形式释放出去，H和氧化型辅酶∥NADP结合，形成还原型辅酶∥NADPH，NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；另一方面在有关酶的催化下，提供能量促使ADP与Pi发生化学反应形成ATP。这样光能就转变为储存在ATP中的化学能。向小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后加入放射性同位素标记的14CO2；在不同的时段（3s、5s、10s）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇杀死细胞；分离溶解物中的分子；经双向纸电泳和放射性自显影分离等方法分析产物，阐明了暗反应阶段的反应过程；光合作用的原理暗反应阶段：第二个阶段的化学反应有没有光都可以进行。这个阶段叫暗（碳）反应阶段。暗反应阶段是在叶绿体基质中进行的。在这一阶段CO2被利用，经过一系列的反应之后生成糖类。CO2是如何转变为糖类的？上述实验表明：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。光合作用的原理暗反应阶段：绿叶通过气孔从外界吸收的CO2在特定酶的作用下，与C5结合，这个过程叫做CO2的固定。在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C3在酶的作用下经过一系列反应形成糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列的变化，又形成C5，这些C5又可参与CO2的固定。这样暗反应就从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应阶段也称之为卡尔文循环。光合作用的原理光反应与暗反应的区别与联系：光反应阶段场所：叶绿体内的类囊体薄膜上；条件：光、色素、酶等；光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中；能量转换：物质变化ATP合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶水的光解：H2O½O2+2H++2e-光能NADP++2H++2e-NADPH+H+酶）暗反应阶段叶绿体基质中；场所：NADHP、ATP、酶等；条件：ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能；能量转换：物质变化C