光合作用與能量轉化

Photosynthesisandenergyconversion

光合作用與

能量轉化選自：新教材必修一第五章第四節(jié)課時安排：3課時葉綠體除吸收光能外，還有什么功能呢？資料11881年，德國科學家恩格爾曼做了這樣的實驗：把載有水綿（葉綠體呈螺旋帶狀分布）和需氧細菌的臨時裝片，放在無氧的黑暗環(huán)境里，用極細的光束照射水綿，通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，細菌只向葉綠體被光束照射到的部分集中；如果把裝置放在光下，細菌則分布在葉綠體所有受光的部位。恩格爾曼實驗的結論是什么？恩格爾曼在選材實驗設計上有什么巧妙之處？氧氣是葉綠體釋放出來的。實驗材料選擇水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀，便于觀察；用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗;臨時裝片暴露在光下的實驗，再一次驗證了實驗結果。葉綠體除吸收光能外，還有什么功能呢？資料1緊接著，恩格爾曼又做了一個實驗：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域。第2個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需要細菌在此區(qū)域分布。資料2在類囊體膜上和葉綠體基質中，含有多種進行光合作用所必須的酶。葉綠體內巨大的膜表面上分布著許多吸收光能的色素，在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必須的酶，這是葉綠體捕獲光能進行光合作用的結構基礎。葉綠體的結構與功能

分布

形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形

功能：光合作用的場所

結構基粒：由多個類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含色素和酶?；：皖惸殷w極大擴展了受光面積基質：含多種光合作用所必需的酶外膜內膜透明，有利于光線的透過：主要分布在綠色植物的葉肉細胞光合作用的原理和應用光合作用是指：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。CO2+H2O光能葉綠體（CH2O)+O2產(chǎn)物中的O2來自哪里？CH2O是如何形成的？該反應中物質和能量的變化是怎樣的？希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生O2（是/否）說明植物光合作用產(chǎn)生的O2中的O全部都來自水；離體葉綠體懸浮液由黃色變?yōu)闇\綠色，說明葉綠體在光照條件下生成了把Fe3還原成的Fe2；希爾的實驗并沒有檢測到糖的生成。若像懸浮液中通入CO2，在光照條件下就能檢測到糖的生成，這說明水的光解和糖的合成是（是/否）同一個化學反應；探索光合作用原理的部分實驗資料31937年，英國植物學家希爾發(fā)現(xiàn)：在離體葉綠體的懸浮液（有H2O，不含CO2）中加入黃色的鐵鹽（Fe3）氧化劑，在光照下可以釋放出O2，溶液的顏色由黃色變?yōu)闇\綠色。像這樣離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生O2的化學反應稱為希爾反應。1941年，美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法研究了光合作用中O2的分別標記H2O和CO2，使它們分別變成H218O和C18O2，然后進行了兩組實驗：探索光合作用原理的部分實驗資料4第1組：給植物提供H218O和CO2，結果釋放的都是18O2；第2組：給植物提供H2O和C18O2，結果釋放的都是O2；C18O2H2OO2小球藻CO2H218O18

O2小球藻結論：光合作用釋放的氧氣來自于水。1954年，美國科學家阿爾農發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是和水的光解相伴隨。探索光合作用原理的部分實驗資料5嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。H2O光能葉綠體O2+NADPH+能量ADP+PiATP結論：上述實驗表明光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成，不是同一個化學反應，而是分階段進行的。光合作用的原理光反應階段：必須有光才能進行。光反應階段是在類囊體的薄膜上進行的。根據(jù)是否需要光能，這些化學反應可以概括地分為光反應和暗（碳）反應兩個階段。葉綠體中光合色素吸收的光能，一方面將水分解成氧和H，氧直接以氧分子的形式釋放出去，H和氧化型輔酶∥NADP結合，形成還原型輔酶∥NADPH，NADPH作為活潑的還原劑，參與暗反應，同時也儲存部分能量供暗反應階段利用；另一方面在有關酶的催化下，提供能量促使ADP與Pi發(fā)生化學反應形成ATP。這樣光能就轉變?yōu)閮Υ嬖贏TP中的化學能。向小球藻提供持續(xù)的光照和CO2，一段時間后加入放射性同位素標記的14CO2；在不同的時段（3s、5s、10s）內將細胞懸液迅速傾入煮沸的乙醇殺死細胞；分離溶解物中的分子；經(jīng)雙向紙電泳和放射性自顯影分離等方法分析產(chǎn)物，闡明了暗反應階段的反應過程；光合作用的原理暗反應階段：第二個階段的化學反應有沒有光都可以進行。這個階段叫暗（碳）反應階段。暗反應階段是在葉綠體基質中進行的。在這一階段CO2被利用，經(jīng)過一系列的反應之后生成糖類。CO2是如何轉變?yōu)樘穷惖?？上述實驗表明：光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成，不是同一個化學反應，而是分階段進行的。光合作用的原理暗反應階段：綠葉通過氣孔從外界吸收的CO2在特定酶的作用下，與C5結合，這個過程叫做CO2的固定。在有關酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH釋放的能量并且被NADPH還原。隨后，一些接受能量并被還原的C3在酶的作用下經(jīng)過一系列反應形成糖類；另一些接受能量并被還原的C3，經(jīng)過一系列的變化，又形成C5，這些C5又可參與CO2的固定。這樣暗反應就從C5到C3再到C5的循環(huán)，可以源源不斷地進行下去，因此暗反應階段也稱之為卡爾文循環(huán)。光合作用的原理光反應與暗反應的區(qū)別與聯(lián)系：光反應階段場所：葉綠體內的類囊體薄膜上；條件：光、色素、酶等；光能轉變?yōu)榛钴S的化學能貯存在ATP中；能量轉換：物質變化ATP合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶水的光解：H2O?O2+2H++2e-光能NADP++2H++2e-NADPH+H+酶）暗反應階段葉綠體基質中；場所：NADHP、ATP、酶等；條件：ATP中活躍的化學能轉變?yōu)樘穷惖扔袡C物中穩(wěn)定的化學能；能量轉換：物質變化C