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1、光合作用问题释疑问题一如何理解ATP供磷酸基团，NADPH供能量和氢，其中氢全部进入到三碳糖磷酸中？试题解析试题：下列关于植物光合作用中相关物质及其变化的说法，正确的是（ ）A.碳反应阶段的产生三碳糖磷酸在叶绿体内转变为葡萄糖，并与果糖结合形成蔗糖运出叶绿体B.NADPH可为碳反应提供能量和氢，其中氢全部进入到三碳糖磷酸中C.用不同波长的光照射叶绿素提取液，并测定O2的释放量可得到叶绿素的吸收光谱D.自然状态下，光照增强或CO2浓度上升，植物叶肉细胞内NADPH、3-磷酸甘油酸的合成速率加快解析：碳反应阶段的产生三碳糖磷酸运出叶绿体 ，在叶绿体外形成蔗糖，A错误；NADPH 可为碳反应提供能量
2、和氢，其中氢部分进入到三碳糖磷酸中，还有一部分进入磷酸，B错误；用不同波长的光照射叶绿素提取液，可得到叶绿素的吸收光谱，不需要测定O2的释放量，C错误；自然状态下，光照增强或CO2浓度上升，有利于光反应和碳反应的进行，植物叶肉细胞内NADPH、3-磷酸甘油酸的合成速率加快，D正确。故答案为D。NADPH及其作用1.关于NADPHNADPH学名是还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，英文triphosphopyridine nucleotide，使用缩写TPN，也写作H，也叫作还原氢。N指烟酰胺，A指腺嘌呤，D是二核苷酸，P是磷酸基团。NADPH是一种辅酶，叫还原型辅酶。辅酶是一类可以将化学基团从一个
3、酶转移到另一个酶上的有机小分子，与酶较为松散地结合，对于特定酶的活性发挥是必要的。有许多维生素及其衍生物，如核黄素、硫胺素和叶酸，都属于辅酶。这些化合物无法由人体合成，必须通过饮食补充。不同的辅酶能够携带的化学基团也不同，NADP+携带氢离子。NADP+叫辅酶，主要作为脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用。植物叶绿体中，NADPH是最终电子受体NADP+接受电子后的产物。光合作用光反应电子链的最后一步以NADP+为原料，经铁氧还蛋白NADP+还原酶的催化而产生NADPH。产生的NADPH接下来在碳反应中被用于二氧化碳的还原。在细胞内，反应后的辅酶可以被再生，以维持其胞内浓度在一个稳定的水平
4、上。例如，NADPH可以通过磷酸戊糖途径和甲硫氨酸腺苷基转移酶作用下的S-腺苷基蛋氨酸来再生。2.碳反应的过程要解决上述问题需要更详细的卡尔文循环图解，因为教材上示意图不够具体，没有显示3-磷酸甘油醛的产生，事实上3-磷酸甘油酸先接受ATP和NADPH形成3-磷酸甘油醛。卡尔文循环的第一阶段：碳同化阶段，二氧化碳固定形成3磷酸甘油酸。卡尔文循环的第二阶段：还原阶段，（1）3磷酸甘油酸被ATP磷酸化，在激酶的作用下，形成1，3二磷酸甘油酸；（2）在脱氢酶的作用下，被NADPH和H+还原，形成3磷酸甘油醛。此过程中应该有磷酸产生。由3磷酸甘油酸到3磷酸甘油醛过程中，由光合作用生成的ATP和NADP
5、H均被利用掉。二氧化碳一旦被还原到3磷酸甘油醛，光合作用的贮能过程便完成。3磷酸甘油醛和磷酸二羟酮统称为磷酸丙糖。总之，从反应机理来看，教材中的示意过程中应该缺少了磷酸产生。中间过程中ATP确实提供了磷酸基团。中间过程有磷酸基因提供潘瑞炽主编的植物生理学中，还原阶段中是有磷酸产生的。综上所述，NADPH在还原过程中提供氢和能量，其中的氢有一部分转移到了磷酸中。问题二、碳反应和卡尔文循环一样吗在光合作用的试题中，经常会出现填“碳反应”还是“卡尔文循环”的问题。在高中生物的考试范围内，大多数情况下填这两个答案都可以（除非空后面有“循环”两个字，只能填“卡尔文循环”）。但是，严格地说，碳反应和卡尔文
6、循环还是有一定的区别，常见的碳反应途径有三种情况，所以，碳反应的范围比卡尔文循环大一些。当然，也会有学生把碳反应和碳循环混淆，而碳循环是生态学中的物质循环内容。少数学生还会写成“达尔文”。卡尔文循环美国生物化学家卡尔文在二十世纪50年代中后期发现了有关植物光合作用的“卡尔文循环”，即植物的叶绿体如何通过光合作用把二氧化碳转化为机体内的碳水化合物的循环过程。首次揭示了自然界最基本的生命过程，对生命起源的研究具有重要意义。卡尔文因此获得了1961年诺贝尔化学奖。卡尔文循环是光合作用中碳反应的一部分。反应场所为叶绿体内的基质。循环可分为三个阶段：羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生。由于卡尔文等以小球藻作
7、为实验材料，属于C3植物，对大多数植物来说，碳反应为C3途径，等同于卡尔文循环。碳反应不同的植物，碳反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境的适应的结果。碳反应可分为C3，C4和CAM三种类型。三种类型是因二氧化碳的固定这一过程的不同而划分的。1C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环或光合碳循环，可合成糖类、淀粉等多种有机物。整个循环有RuBP与CO2的羧化开始到RuBP再生结束，在叶绿体基质中进行，全过程分为羧化、还原、再生3个阶段。2C4途径有一些植物对CO2的固定反应是在叶肉细胞的细胞溶胶中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸（
8、PEP）上形成四碳酸（草酰乙酸），这种固定CO2的方式称为C4途径。草酰乙酸被转变成其他的四碳酸后运输到维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中被降解成CO2和丙酮酸，CO2在维管束鞘细胞中进入卡尔文循环。3CAM途径CAM一词来源于景天酸代谢（crassulacean acid metabolism），景天属植物是一大类肉质植物，CAM途径就是首先在这类植物中发现的。CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转
9、移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成磷酸三糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。CAM植物同化二氧化碳途径典例解析1.图甲是探究光对黑藻光合作用影响的实验装置，光源位置固定，且光照时间一定，反应室的溶液中含有适量NaHCO3。图乙为黑藻叶绿体中的某生理过程。请回答：图乙所示的生理过程为_循环，该循环从一个_开始，每形成1分子三碳糖磷酸需经过_轮该循环。三碳糖磷酸大部分运至叶绿体外转变成_，供植物细胞利用。答案：卡尔文RuBP3蔗糖2.植物光合作用的部分反应及
10、光合产物在叶绿体外利用的示意图如下，图中A、B均为糖类。请回答：(1)虚线方框内的一系列反应称为_循环，A物质是_，CO2进入循环后形成的第一个糖是_。(2)图中NADPH和ATP在_反应中生成，它们参与碳反应中三碳酸的_反应。(3)B物质是_，可以供植物体所有细胞利用。植物在稳定环境中，合成一分子B物质至少需要发生_轮上述循环。解析：(1)虚线方框内的反应为卡尔文循环，CO2进入循环后生成三碳糖。(2)ATP和NADPH在光反应中生成，在碳反应中将三碳酸还原。(3)B为蔗糖，生成一分子的蔗糖需要固定12分子的CO2。答案：(1)卡尔文RuBP/戊糖/核酮糖二磷酸三碳糖/三碳糖磷酸(2)光还原(3)蔗糖12