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1、第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化光合作用的原理和应用 捕获光能的色素：捕获光能的结构：叶绿体吸收光能用于光合作用释放氧气一、捕获光能的色素和结构二、光合作用1、光合作用的概念：绿色植物通过绿色植物通过 ，利用，利用 ，把，把 _转化成储存着能转化成储存着能量的量的 ，并且释放，并且释放 的过程。的过程。叶绿体叶绿体光能光能二氧化碳和水二氧化碳和水有机物有机物氧气氧气光合作用的实质：合成有机物，储存能量呼吸作用的实质：分解有机物，释放能量CO2+H2O（CH2O）O2+光能叶绿体6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2二、光合作用2、探索光合作用原理：19世纪
2、末 COCO2 2O O2 2C+HC+H2 2O O甲醛糖(CH(CH2 2O)O)1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖，甲醛对植物有毒。初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。基本否定了光合作用中的O2来源于CO2的猜测。二、光合作用2、探索光合作用原理：1937年 英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。（有（有H H2 2O O，无，无COCO2 2）铁盐铁盐光照光照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。【思考】1.为使离体的叶绿体保持活性，对悬浮液的要求是？
3、等渗溶液 2.希尔反应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？3.希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。1941年 美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O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：实验结论：氧气中的氧元素全部来自于H2O二、光合作用1954年 美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi 和 NADP（辅酶）
4、时,会有 ATP和 NADPH（还原型辅酶）产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。尝试用反应式来表示ATP、NADPH的合成与希尔反应的关系：二、光合作用H2O 1/2O2 2H+2e 光NADPH+2eNADPHADPPi能量能量ATP阿尔农实验说明：水的光解伴随着ATP和NADPH的生成。能可以转化成 能储藏在直接能源物质 中，可以作为氢受体。光活跃的化学ATP NADP 二、光合作用光反应暗反应（碳反应）光合作用划分依据：反应过程是否需要光能ADPPiATP光反应过程详解：H2O1/2O2 2H+2e 光2eNADPH+NADPH ADPPi+能量ATP光反应过程详解：二
5、、光合作用1.光反应阶段场所：场所：叶绿体内的叶绿体内的类囊体薄膜类囊体薄膜上上条件：条件：光光、色素、酶、色素、酶物质变化：物质变化：光合色素光合色素吸收光能吸收光能水的光解水的光解：合成合成 ATPATP：H H2 2O OO O2 2 +2H2H+2e2e 光能光能酶酶 1 12 2NADPNADP+H H+2e 2e NADPHNADPH酶酶 光能光能ADP+Pi ATPADP+Pi ATP酶酶能量变化：能量变化：光能光能转变为转变为ATP和和NADPH中活跃的中活跃的化学能化学能二、光合作用1.光反应阶段类囊体薄膜的色素分子二、光合作用1.光反应阶段可见光吸吸收收H2O光解O2H+、
6、e-NADP+NADPHADP+PiATP二、光合作用2.暗反应阶段【补充实验】阿尔农继续用离体叶绿体做实验，在黑暗条件下,只要供给CO2、ATP和NADPH（H），叶绿体就能将CO2转变为糖，同时ATP和H 含量急剧下降。实验说明：ATP和NADPH（H）被用于 的过程。CO2转变为糖二、光合作用2.暗反应阶段1946年卡尔文实验卡尔文供给小球藻持续的光照和CO2，使其光合作用稳定。然后，在短时间内加入放射性同位素标记的14CO2，追踪检测产物的放射性。技术：同位素标记法二、光合作用2.暗反应阶段 光照处理30秒后,检测到带14C的产物是C3、C5和（CH2O）。1946年卡尔文实验【思考】
7、如何确定放射性首先出现在哪种化合物中？【思考】如何确定放射性首先出现在哪种化合物中？缩短光照时间，当检测到的化合物只有一种时，该化合物就是第一个产物。在5秒钟的光照后,14C出现在C5和（CH2O）中。将光照时间缩短0.5s时发现,小球藻细胞中含14C的产物只有C3。写出写出COCO2 2中中C C的转移途径：的转移途径：COCO2 C C3 3C5（CH2O）二、光合作用2.暗反应阶段1946年卡尔文实验卡尔文在用小球藻做实验时发现：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。C52C3CO2（CH2O）多种酶多种酶说明：C3与
8、C5之间是 的。相互循环卡尔文循环二、光合作用2.暗反应阶段场所：场所：叶绿体基质叶绿体基质条件：条件：ATPATP和和NADPHNADPH、酶等、酶等物质变化：物质变化：COCO2 2的固定的固定:COCO2 2+C+C5 5 2C2C3 3酶酶 C C3 3的还原：的还原：ATP+NADPHATP+NADPH2C2C3 3 C C5 5+（CHCH2 2O O）酶酶能量变化：能量变化：ATPATP和和NADPHNADPH中中活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能二、光合作用2.暗反应阶段CO2C5C3（CH2O）ATPADP+PiNADPHNADP+ATPATP和
9、和NADPHNADPH中中活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能二、光合作用光合作用全过程：类囊体薄膜类囊体薄膜上的色素上的色素C52C3ADP+PiATPH+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应NADP+NADPH酶类囊体薄膜叶绿体基质可见光H2OO2酶酶光能ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能二、光合作用光合作用全过程：叶绿体叶绿体中的色素中的色素C52C3ADP+PiATPH+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光H2OO2酶酶1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途
10、径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质。从叶绿体基质到类囊体薄膜。在C3的还原中作还原剂；为C3的还原提供能量二、光合作用光反应光反应暗反应暗反应区区别别是否需光是否需光发生场所发生场所物质变化物质变化能量变化能量变化联系联系光反应与暗反应的区别与联系必须有光必须有光有光或无光均可有光或无光均可类囊体膜类囊体膜叶绿体基质叶绿体基质水光解为水光解为O O2 2和和H H+,并生成并生成ATPATP和和NADPHNADPH CO CO2 2的固定、的固定、C C3 3的还原，的还原，以及以及ATPATP和和NADPNADPH H的分解的分解光能光能ATPATP和和NADPHNADPH中的化学能中的化学能ATPATP和和NADPHNADPH中的化学能中的化学能有机物中稳定化学能有机物中稳定化学能光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供ATPATP和和NADPHNADPH，而暗反应为光反，而暗反应为光反应提供应提供ADPADP、PiPi和和NADPNADP+。光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃化学能转化为稳定化学能。跃化学能转化为稳定化学能。