2025届高考生物二轮复习：电子传递与氧化磷酸化、光合磷酸化

电子传递与氧化磷酸化、光合磷酸化 高中生物2025年二轮复习 1 链接高考 00 例1.(2023·湖北卷)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 C 2 1963年·贾格道夫 贾格道夫实验：1963年，在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH=4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。 类囊体膜内外存在H+浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。 化学渗透学说 01 3 化学渗透：是离子沿着其电化学梯度穿过半透膜结合结构的运动。一个重要的例子是在细胞呼吸或光合作用过程中H+ 跨膜移动形成ATP。 离子梯度具有势能，当离子通过通道（红色）时可用于为化学反应提供动力。 化学渗透学说 01 4 Peter Mitchell 接受诺贝尔化学奖 1961 年英国科学家米切尔提出化学渗透假说 化学渗透学说 01 5 线粒体内膜的能量转换和呼吸链中氧化还原反应的化学能与ATP合酶催化的氧化磷酸化之间的化学渗透耦合 离子跨膜的运动取决于两个因素的组合： ①由浓度梯度引起的扩散力：所有粒子都倾向于从较高浓度扩散到较低浓度。 ②由电势梯度引起的静电力：像质子H+这样的阳离子倾向于向下扩散电势，从膜的正侧到负侧。阴离子自发地向相反方向扩散。 这两个梯度一起可以表示为电化学梯度。 化学渗透学说 01 6 存在化学渗透学说的结构 线粒体—氧化磷酸化 叶绿体—光合磷酸化 化学渗透学说 01 细菌和古细菌也可以利用化学渗透作用产生 ATP。蓝藻、绿硫细菌和紫色细菌通过称为光磷酸化的过程合成ATP 这些细菌利用光能通过光合 电子传输链产生质子梯度 7 化学渗透学说 01 例2.(2022·重庆卷)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是__________________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。 保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温 (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是______________________________________________________________ _______________________________________________________________。 图Ⅱ实验是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自类囊体膜内外H＋浓度差 8 化学渗透学说 01 例2.(2022·重庆卷)(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是____________________________________。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的，电子的最终来源物质是________。 类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高 水 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有____________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有_______________________(答两点)。 NADPH、ATP和CO2 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 9 呼吸作用中的电子传递与氧化磷酸化 02 呼吸链：代谢物上的氢被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最终传递给被激活的氧分子，而形成水的全部体系称为呼吸链，又称为电子传递链 M•2H M 1/2O2 H2O 脱氢酶 氧化酶 氧化型 还原型 一个或多个传递体 10 呼吸作用中的电子传递与氧化磷酸化 02 NAD++H++2e-→ NADH 第一和第二阶段 第三阶段 NADH→NAD++H++2e- 4H++O2+4e-→2H2O 11 例3.细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。氧气浓度正常时，细胞呼吸过程中形成的NADH等物质，通过线粒体内膜上的电子传递系统（复合物I～IN）将电子最终传递给氧，该过程偶联ATP合酶（F0-F1复合物）催化的ATP合成，这种产生ATP 的方式称为氧化磷酸化（如图所示）。请回答下列问题： 复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶（SDH）。可以催化琥珀酸失去电子变为延胡索酸，辅酶堆积时，该反应可逆；复合物Ⅲ：以Cyte为电子载体向后续电子传递链传递电子，其被抑制将导致辅酶堆积。 (1)氧化磷酸化过程发生在线粒体 膜。 (2)电子传递系统中具有质子泵（跨膜运输H+）功能的是复合物 。 (3)研究发现低氧条件下氧气并非唯一最终电子受体。为了寻找低氧条件下氧化磷酸化的最终电子受体，某团队进行了实验探究。实验设计和结果如下表 内 Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ 呼吸作用中的电子传递与氧化磷酸化 02 12 ①在实验设计过程中，各组间除作为自变量的因素外，其余因素都保持一致，最终将结果进行比较，这种实验叫作 ；分组1处理方式为 ； ②根据表中实验结果，分析可知，低氧条件下琥珀酸含量升高的直接原因是 ；低氧条件下氧化磷酸化的最终电子受体是 。 例3.(3)研究发现低氧条件下氧气并非唯一最终电子受体。为了寻找低氧条件下氧化磷酸化的最终电子受体，某团队进行了实验探究。实验设计和结果如下表 对照实验 常氧 分组与处理 辅酶含量 琥珀酸含量 电子进入电子传递链 1：？ 正常 正常 正常 2：常氧、抗霉素（抑制复合物Ⅲ） 升高 升高 正常 3：低氧 升高 升高 正常 辅酶堆积，导致琥珀酸生成延胡索酸的反应逆向进行 延胡索酸 呼吸作用中的电子传递与氧化磷酸化 02 13 光反应阶段 ①场所：类囊体膜(提供色素、酶、原料等) ADP＋Pi → ATP NADP＋＋H+＋2e- → NADPH H2O → O2＋2H+＋2e- 光 酶 酶 ③能量变化： ②物质变化： 光子 光能 电能 NADPH和ATP中的化学能 H+电势能 →叶绿体中的色素 →高能电子e- 光合作用中的电子传递与光合磷酸化 03 14 例4.光合作用光反应可分为原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应中光能经色素的吸收和传递后使PSI和PSII上发生电荷分离产生高能电子，高能电子推动着类囊体膜上的电子传递。电子传递的结果是一方面引起水的裂解以及NADP+的还原；另一方面建立跨膜的H+浓度梯度，启动光合磷酸化形成ATP。光反应的部分过程如图所示。下列说法正确的是（　　） A．原初反应实现了光能到电能的能量转化过程 B．类囊体膜内外H+浓度梯度的形成与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关 C．图中H+通过主动运输进入叶绿体基质 D．光反应产生的NADPH和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原  ABD 光合作用中的电子传递与光合磷酸化 03 15 氧化磷酸化与光合磷酸化的对比 04 光合磷酸化发生在叶绿体的类囊体薄膜需要光；电子供体是H2O，电子受体是NADP+。 氧化磷酸化发生在线粒体的内膜上；不需要光；电子受体是O2，电子供体是NADH。 都通过ATP合成酶把ADP磷酸化为ATP。电子传递过程中所形成的H+梯度作为动力，在ATP合成酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP。 16 氧化磷酸化与光合磷酸化的对比 04 例5.解偶联剂能使有氧呼吸电子传递链产生的能量不用于ADP的磷酸化形成ATP，而只能以热能的形式散发，即解除了氧化和磷酸化的偶联作用，如图为细胞呼吸电子传递链示意图。以下叙述错误的是(　　) C A.呼吸抑制剂抑制电子传递，导致磷酸化 过程也受到抑制 B.已知过量的阿司匹林可使氧化磷酸化部 分解偶联，因此会导致体温升高 C.动物棕色脂肪组织线粒体中有独特的解偶联 蛋白，因此棕色脂肪比例较高的人更容易肥胖 D.线粒体内膜对H＋的通透性是氧化过程和磷酸化发生偶联的关键因素之一 动物棕色脂肪组织线粒体中有独特的解偶联蛋白，大部分能量以热能的形式散发，故棕色脂肪比例较高的人御寒能力更强，且不易肥胖，C错误。 17 例6.生长素（IAA）是对植物生长有重要调节作用的植物激素，存在解离型（IAA-）和非解离型（IAAH）两种形式，其中非解离型具有亲脂性的特点，图示为生长素在植物体内运输机制-化学渗透假说，回答相关问题。 (1)生长素在植物体内是以___________为原料合成的，在幼嫩部位只能单方向运输，即极性运输，其含义是___________。 (2)细胞膜外的生长素主要以非解离型存在的原因是___________。 (3)据图可知，IAAH在pH为_______________（填“酸性”或“中性”）环境中更稳定，不容易解离，具有亲脂性，此状态下的生长素以_______________方式进入细胞。IAA-形式的生长素进入细胞的方式为_______________，所需能量来自_______________。 (4)请设计实验探究解离型生长素（IAA-）在细胞基部由细胞内运输到细胞外的转运过程是 拓展应用：植物生长素的化学渗透学说 05 18 $$