第4节能量之源 光与光合作用 光合作用的过程 2016 1 4 反应条件 反应场所 反应物 生成物 能量变化 光能等 叶绿体 CO2 H2O 有机物 O2 光能 化学能 回顾 光合作用的概念 CO2 H2O CH2O O2 光能 叶绿体 6CO2 12H2OC6H12O6 6O2 6H2O 光能 叶绿体 一 光合作用的反应式 净反应式 总反应式 自主探究 课本P103 1041 依据是否有光参与 光合作用可以划分为哪两个阶段 场所 2 光合色素吸收的光能有哪两个用途 3 光反应的产物有哪些 各自去路 4 暗反应阶段发生哪两个物质变化 三 光合作用的原理和应用 二 光合作用的过程 H2O 类囊体薄膜 酶 1 光反应阶段 酶 光 色素 叶绿体的类囊体薄膜上 水的光解 还原剂 ATP的合成 光能 ATP中活跃的化学能 光 酶 色素 叶绿体类囊体的薄膜 物质变化 能量变化 ATP的合成 水的光解 条件 场所 色素 1 光反应阶段 CO2 糖类 五碳化合物C5 蛋白质 脂质 CO2的固定 三碳化合物2C3 C3的还原 基质多种酶 CH2O P C O HCOH HCOH CH 2 O P CO 2 CH 2 O HCOH COOH COOH HCOH CH 2 O P P Rubisco 3 磷酸甘油酸 PGA 核酮糖 1 5 二磷酸RuBP 羧化阶段 指进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合 并水解产生PGA的反应过程 CO2 RuBP1 5 2磷酸核酮糖 Rubisco RuBP羧化酶 2分子 PGA 3 磷酸甘油酸 酸能量低 不能贮存更多的能量 CO2的固定 C3的还原 叶绿体的基质中 多种酶 还原剂 H 能量ATP 2 暗反应阶段 ATP中活跃化学能 有机物中稳定的化学能 多种酶 还原剂 H 能量ATP 叶绿体基质 物质变化 ATP中活跃化学能 有机物中稳定的化学能 能量变化 场所 条件 酶 2C3 酶 ATP H CH2O C5 H2O CO2的固定 C3的还原 2 暗反应阶段 Calvin的实验仪器1961 C3途径 C4途径 CAM途径 固定CO2 CO2 CO2 糖 光合作用 碳同化 二氧化碳同化 O2assimilation 暗反应是指在光合作用的过程中将ATP和NADPH中活跃的化学能转换为贮藏在糖类中稳定化学能的过程 场所 在叶绿体基质中进行碳同化的途径有3条 卡尔文循环 C3途径 基本途径 所有植物必经之路 C4途径 CO2固定的分支 C4植物特有 景天科酸代谢 CO2固定的分支 CAM植物特有 1C3途径 研究历史 1946 1953 Calvin领导的研究小组给小球藻提供14CO2 同位素示踪 光照不同时间后杀死细胞 观察14C在哪种化合物中 以确定CO2固定的最初产物 CO2被固定的最初产物是三碳化合物的途径 MelvinCalvin 1911 1997 NobelLaureate chemistry 1961 照光60秒 14C分布于许多化合物中 有C3 C4 C5 C6 C7化合物 缩短到7秒时 几乎所有的14C集中在一种化合物上PGA 3 磷酸甘油酸 确定了CO2固定后的最初产物是3 磷酸甘油酸 PGA 由于PGA是三碳化合物 所以这一途径被称为C3途径 CO2 PGA COOHHCOHCH2O P Calvin等人发现 假设1三个CO2聚合而成 假设2一个CO2与另一个二碳化合物聚合而成 PGA的结构 14COOHHCOHCH2O P 只有羧基上有14C 说明不是完全由外界的CO2组成 几年时间过去了 也没找到这个二碳化合物的最初受体 他们让小球藻在高浓度的CO2下进行光合 然后实然转入低浓度的CO2下 再来检测各种化合物的含量变化 结果发现 突然降低CO2浓度 体内的一个五碳化合物含量升高 核酮糖 1 5 二磷酸 RuBP CO2 RuBP 6碳糖 不稳定 两分子PGA 确定了最初受体是RuBP 进一步弄清了整个C3途径的细节 又称之为卡尔文循环 羧化 水解 A 羧化阶段 指进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合 并水解产生PGA的反应过程 1C3途径反应过程 羧化 还原和更新 CO2 ribulose 1 5 bisphosphate RuBP1 5 2磷酸核酮糖 Rubisco RuBP羧化酶 2分子 PGA 3 磷酸甘油酸 酸能量低 不能贮存更多的能量 B 还原阶段 指利用同化力将3 磷酸甘油酸还原为甘油醛 3 磷酸的反应过程 PGA 3 磷酸甘油酸 DPGA 1 3 2磷酸甘油酸 PGAld 3 磷酸甘油醛 PGA激酶 GAP 3 磷酸甘油醛 是一种三碳糖 可以稳定的贮存能量 至此 光反应的ATP和NADPH被消耗 使光能转化为稳定的化学能 光合的贮能过程结束 淀粉或葡萄糖 贮存形式 PGAld的出路 叶绿体内 细胞质 蔗糖 运输形式 重新形成RuBP 大部分 c 更新阶段 是PGAld经过一系列的转变 再形成RuBP的过程 CHOHCOHCH2OP CH2OHC OCH2OP 3 磷酸甘油醛 CH2OPC OHOCHHCOHHCOHCH2OP CH2OHC OHOCHHCOHHCOHCH2OP 异构酶 醛缩酶 FBP磷酸酶 PGAld 3 磷酸甘油醛 DHAP 二羟磷酸丙酮 FBP1 6 2磷酸果糖 F6P6 磷酸果糖 CH2OHC OHOCH HCOHHCOHCH2OP CHOHCOHCH2OP CHOHCOHHCOH CH2OP CH2OHC OHOCHHCOHCH2OP 转酮酶 E4P 4 磷酸赤藓糖 Xu5P5 磷酸木酮糖 F6P6 磷酸果糖 PGAld 3 磷酸甘油醛 CH2OHC OCH2OP CH2OPC OHOCHHCOHHCOHHCOHCH2OP CH2OHC OHOCHHCOHHCOHHCOHCH2OP 醛缩酶 SBP磷酸酶 DHAP 二羟磷酸丙酮 SBP1 7 2磷酸景天酮糖 S7P7 磷酸景天酮糖 E4P4 磷酸赤藓糖 CH2OHC OHOCH HCOHHCOHHCOHCH2OP CHOHCOHCH2OP CH2OHC OHOCH HCOHCH2OP CHOHCOHHCOHHCOHCH2OP 转酮酶 S7P7 磷酸景天酮糖 PGAld 3 磷酸甘油醛 Xu5P5 磷酸木酮糖 R5P5 磷酸核糖 CHOC OHCOHHCOHCH2OP CH2OPC OHCOHHCOHCH2OP Xu5P R5P ATPADP 异构酶 Ru5P激酶 Ru5P5 磷酸核酮糖 RuBP1 5 2磷酸核酮糖 卡尔文循环 形成的磷酸丙糖一部分则留在叶绿体中转化成淀粉或蔗糖而被临时贮藏 形成的磷酸丙糖一部分可运出叶绿体 在细胞质中合成蔗糖或参与其它反应 碳同化的总反应式为 3CO2 6H2O 9ATP 6NADPH PGAld 6NADP 9ADP 9Pi 卡尔文的思路 用14CO2供小球藻进行光合作用 追踪检测放射性依次出现在什么物质里 从而弄明白CO2中的碳转化成有机物的途径 将小球藻置于密闭容器中 然后将14CO2注入容器 光照下培养相当短的时间后 将小球藻浸入热酒精中杀死细胞 使酶变性失效 接着他们提取溶液里的物质 并将提取物用双向纸层析法分离 并通过一定的方法鉴定出这些物质 通14CO2光下培养 杀死细胞 终止光合作用 提取溶液中的物质 纸层析法分离 从滤纸上洗脱物质 并鉴定 实验结果 照光30秒 发现放射性出现在多种化合物中 有C3 C4 C5 C6 C7化合物 如何确定放射性首先出现在哪个化合物中 不断缩短光照时间 发现放射性几乎只出现在一种C3化合物中 从而证明最先生成的是C3化合物 三 光反应阶段与暗反应阶段的比较 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体的基质中 需光 色素和酶 需多种酶 H ATP 光能转变为ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能 水的光解ATP的合成 CO2的固定 C3的还原 需叶绿素 光 酶 多种酶 ATP和 H ATP的合成 水的光解 CO2的固定 C3的还原 ATP中的活跃化学能 有机物中稳定的化学能 光反应与暗反应的区别 叶绿体的基质中 叶绿体类囊体的薄膜上 归纳 光反应阶段与暗反应阶段的比较 类囊体的薄膜上 叶绿体的基质中 光 色素和酶 多种酶 H ATP 光能 ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 CO2的固定 C3的还原 水的光解ATP的合成 光合作用的过程巩固 还原 多种酶催化 CH2O ADP Pi ATP 2C3 C5 固定 H2O 水在光下分解 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体基质 巧记助学 光合作用过程一 二 三 四一个场所 叶绿体两个阶段 光反应 暗反应三种能量 光能 ATP中活跃化学能 CH2O 中稳定化学能四个物质变化 水光解 ATP形成 CO2固定 C3还原 四 光合作用中物质的转移途径 H2O中H的转移途径 CO2中C的转移途径 叶绿体中 H 和ATP ADP和Pi的运动方向 H2O H CH2O CO2 C3 CH2O H 和ATP 类囊体的薄膜 叶绿体的基质 ADP和Pi 叶绿体的基质 类囊体的薄膜 光合作用过程中O元素的转移途径 光合作用的反应式 CO2 H2O 叶绿体 光能 糖类 CH2O O2 易错易混 与光合作用过程有关的3个易错易混点 1 光反应为暗反应提供两种重要物质 H 和ATP 暗反应为光反应也提供两种物质 ADP和Pi 注意产生位置和移动方向 2 CO2中C进入C3但不进入C5 最后进入 CH2O C5中C不进入 CH2O 可用放射性同位素标记法证明 3 光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段 不能用于其他生命活动 其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸 1 色素只存在光反应部位 叶绿体类囊体薄膜上 与光合作用有关的酶存在于两个部位 叶绿体类囊体薄膜上和基质中 2 光反应中产生的 H 用于暗反应还原C3 与细胞呼吸中产生的 H 并不是同一种物质 3 暗反应有光 无光均可进行 但需要光反应提供的 H 和ATP 因此在暗处 暗反应不能长时间进行 思考 突然停止光照 短时间之内 H ATP C3 C5含量变化 减少 减少 减少 增加 突然中断C02供应 短时间之内 H ATP C3 C5含量变化 增加 增加 增加 减少 五 光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3 C5 H ATP和O2及 CH2O 含量的影响 停止光照 光反应停止 H ATP 还原受阻 C3 C5 停止CO2供应 固定受阻 还原继续 C3 C5 H ATP 讨论 条件变化时 各种物质合成量的动态变化 增加 减少 减少 减少或没有 减少 增加 增加 减少 拓展引申 在夏季中午光照最强的情况下 绿色植物的光合作用强度略有下降 这时 叶肉细胞内的C3 C5和ATP的含量变化依次是 A 升 降 升B 降 升 降C 降 升 升D 升 降 降 1 光合作用发生的部位是 抢答题 光合作用分为和两个阶段 光合作用释放氧气来自于物质 光合作用中的ATP形成于反应阶段 光反应为暗反应提供和物质 叶绿体 光 暗反应场所 光反应 暗反应 水 光 ATP 类囊体薄膜 叶绿体基质 7 光反应能量变化是 暗反应是 8 若白天突然中断了CO2的供应 则首先积累起来的物质是 五碳化合物 自主学习 课本P105 1 什么是自养生物 异养生物 举例 2 什么是化能合成作用 归纳反应式 化能合成作用 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 化能合成作用 四 化能合成作用 例如 硝化细菌 硫细菌 铁细菌等少数种类的细菌 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 化能合成作用 能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质 并储存了能量的一类生物 不能直接利用无机物制成有机物 只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质 并储存了能量的一类生物 如 绿色植物 蓝藻 硝化细菌 铁细菌 硫细菌等 如