2025届高三一轮复习生物：电子传递链、C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型课件

电子传递链、光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 目录 1．电子传递链和光合磷酸化 注：图中虚线表示该生理过程中电子(e－)的传递过程。 是指由光照引起的电子传递与ADP磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。  叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 问题：光照是如何引起电子传递的呢？ 光合磷酸化： 突破1　电子传递链 1．电子传递链和光合磷酸化 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 注：图中虚线表示该生理过程中电子(e－)的传递过程。 光系统:是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。   突破1　电子传递链 PSII的核心色素为P700，吸收长波红光（波长700nm）PSI的核心色素为P680，吸收短波红光（波长680nm）   叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 (1)在光下，光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2和H＋和自由电子(e－) (2)电子(e－)经过电子传递链：质体醌（PQ）→细胞色素b6f复合体→质体蓝素（PC）→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白（Fd）→NADP+。　 1．电子传递链和光合磷酸化 突破1　电子传递链 PSI捕光复合体LHCI 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 (3)光反应时，通过光合色素将光能转化为电能，电子在电子传递体之间的传递导致ATP和NADPH的合成。光系统Ⅰ主要介导NADPH的产生。 (4)光合作用ATP的合成依赖ATP合酶，通过光系统中电子传递链释放的能量在类囊体薄膜两侧建立质子梯度，质子顺电化学梯度流动时驱动ATP的合成。 1．电子传递链和光合磷酸化 亲水 疏水 突破1　电子传递链 PSI捕光复合体LHCI 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 Q1：此图中光合磷酸化的场所____________________。 叶绿体类囊体薄膜 Q2：同一个细胞，水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过__层膜 5 1．电子传递链和光合磷酸化 突破1　电子传递链 PC质体蓝素，电化学势能转化为ATP中活跃的化学能 叶绿体基质 Q3：电子传递链中电子供体是_______;最终电子受体是___________。 H2O NADP+ Q4：形成NADPH的反应式：__________________________________ NADP++2e-+H+ NADPH 类囊体腔侧 类囊体薄膜 1．电子传递链和光合磷酸化 突破1　电子传递链 PC质体蓝素，电化学势能转化为ATP中活跃的化学能 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 Q5：质子浓度（电化学）梯度形成的原因： 水光解产生 H＋；PQ在传递电子的同时将H＋运输到类囊体中；H＋在膜外与NADP＋形成NADPH　 Q6：PQ传递质子的运输方式为___________ 主动运输 1．电子传递链和光合磷酸化 突破1　电子传递链 PC质体蓝素 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 Q8：ATP合酶的功能：__________________________ 运输H+、催化ATP合成 产生的ATP可用于______________________________反应（写三个） 暗反应、核酸代谢、色素合成 Q7：H+通过ATP合酶的运输方式为___________ 协助扩散 1．电子传递链和光合磷酸化 线式电子传递链 突破1　电子传递链 PC质体蓝素 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 Q9：O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。NADPH和ATP中都有化学能，NADPH中的化学能来自____________(填光系统名称)吸收和转换的光能。 PSⅡ PSⅠ和PSⅡ 线式电子传递链 1．电子传递链和光合磷酸化 突破1　电子传递链 PC质体蓝素 环式电子传递链：仅涉及PSI，不涉及PSII，不产生O2、NADPH，但生成ATP 环式电子传递链：电子从PSI→铁氧还蛋白（Fd）→PQ→Cyt b6f复合体→PC→PSI，形成闭合循环。 1．电子传递链和光合磷酸化 突破1　电子传递链 PC质体蓝素 Q2：此图中氧化磷酸化发生在细胞的______________ Q1：此图中电子传递链中电子供体是_______;最终电子受体是______。 NADH O2 外侧 内侧 高H+ 低H+ 线粒体内膜 2．电子传递链和氧化磷酸化 氧化磷酸化：是通过电子传递链的氧化作用与ADP磷酸化生成ATP的偶联反应。这一过程依赖于膜结构和质子梯度的建立。 化学渗透假说：用于解释生物体内部分ATP产生的能量转化机制。 突破1　电子传递链 1963年，贾格道夫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A组pH＝8和B组pH＝4的缓冲溶液中，一段时间后A组有ATP产生。 实验组 对照组 (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 突破1　电子传递链 提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解 1963年，贾格道夫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A组pH＝8和B组pH＝4的缓冲溶液中，一段时间后A组有ATP产生。 （2）贾格道夫实验表明：类囊体膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。 实验组 对照组 突破1　电子传递链 1.光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是光合作用一个损耗能量的副反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。 甘氨酸 丝氨酸 脱羧 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 1.光呼吸 (2)光呼吸发生的条件是____________________________ 光照、高O2含量和低CO2含量等。 !高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 甘氨酸 丝氨酸 脱羧 (1)当CO2/O2比值较___时，更有利于植物进行羧化反应。 高 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 1.光呼吸 (3)参与光呼吸的细胞器有______________________________ 叶绿体、线粒体、过氧化物酶体。 如图玉米、大豆叶片中消耗O2的场所有（填两个）__________________________________ 线粒体内膜（有氧呼吸）、叶绿体基质 （光呼吸场所） 甘氨酸 丝氨酸 脱羧 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 1.光呼吸 (4)光呼吸的不利影响： ①O2竞争性地与RuBP羧化酶结合，导致其催化CO2与C5反应的过程减弱，光呼吸消耗暗反应的底物C5，导致光合作用合成的有机物减少。 ②光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 甘氨酸 丝氨酸 脱羧 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 1.光呼吸 (5)光呼吸的有利影响： ①强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中多余的ATP和NADPH，防止强光对叶绿体的破坏。 ②光呼吸吸收O2，释放CO2，在CO2浓度低时，补充光合作用所需的CO2 甘氨酸 丝氨酸 脱羧 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。 有利影响还有加快碳循环，碳回收；转化乙醇酸，消除毒害作用 2.C4植物 （1）玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。 C3植物：通过C3途径（卡尔文循环）固定CO2的植物称为C3植物，如大多数树木、粮食、烟草、水稻、小麦、大豆 PEP羧化酶 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 2.C4植物 （2）在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好，原因是： ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ C4植物没有光合午休现象,CO2补偿点/饱和点较低。 PEP羧化酶 C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境（高温、光照强烈、干旱）导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续进行光合作用合成有机物(通过CO2泵转变为高浓度的CO2环境)。而C3植物则不能。 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 2.C4植物 （3）C4植物光反应发生在____细胞的__________________， C4植物完成CO2的固定 的场所：_____________ _____________________ 叶绿体类囊体薄膜上 叶肉 (有类囊体，无Rubisco) (无类囊体，有Rubisco) 既有C3途径又有C4途径 可通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物。 问题：C4植物是如何通过CO2泵将低浓度CO2转变为高浓度的CO2呢？ 叶肉细胞的叶绿体、 维管束鞘细胞的叶绿体。 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 NADPH生成场所在叶肉细胞 2.C4植物 （4）CO2固定后的产物有_______。 C3、C4 (有类囊体，无Rubisco) (无类囊体，有Rubisco) （5）叶肉细胞中丙酮酸转变为PEP的过程属于_________ (吸能反应/放能反应） 吸能反应 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 C3植物卡尔文循环和固定同空间同时间进行，C4植物卡尔文循环和固定在不同空间同时进行，CAM植物卡尔文循环和固定在同空间不同时间进行。 2.C4植物 （6）低CO2环境下，C4植物富集CO2的机制是 _______________________________________________________________________________________________________________。 在PEP羧化酶的作用下将低浓度CO2合成C4，并转运到维管束鞘细胞，分解为CO2和丙酮酸 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 例：根据光合作用碳同化的最初产物的不同，人们将植物分为C3植物和C4植物，它们在解剖结构、能量代谢和适应性上均存在差异。Rubisco是双功能酶，在CO2/O2的值高时，能催化CO2与RuBP结合形成C3，在CO2/O2的值低时，能催化O2与RuBP结合释放CO2，后者称作光呼吸。图1为夏季晴朗的白天，两种植物叶片光合作用强度的曲线图。请回答下列问题。   (1)在10：00～12：00期间，植物B光呼吸速率_____。 增强 (2)在干旱胁迫下，与植物B相比，植物A表现出较低的光呼吸速率，原因是 _________________________________________________________________。 (C4植物固定CO2能力强，)维管束鞘细胞中CO2/O2的值较高 C4植物 C3植物 C3是高光呼吸植物 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 C3是高光呼吸植物，干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强，大多数植物是C3植物 例：根据光合作用碳同化的最初产物的不同，人们将植物分为C3植物和C4植物，它们在解剖结构、能量代谢和适应性上均存在差异。Rubisco是双功能酶，在CO2/O2的值高时，能催化CO2与RuBP结合形成C3，在CO2/O2的值低时，能催化O2与RuBP结合释放CO2，后者称作光呼吸。图1为夏季晴朗的白天，两种植物叶片光合作用强度的曲线图。请回答下列问题。   C4植物 C3植物 (3)科学家将玉米PEP羧化酶基因导入水稻(C3植物)细胞，水稻光合作用强度能否提高，并写出判断依据：___________________________________ ________________________________________________________________________。 能，PEP与CO2结合产生C4，C4可分解成丙酮酸和CO2，能抑制光呼吸 (或不能，只产生C4，不确定能否产生CO2；水稻是C3植物，结构与C4植物不同) 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 C3是高光呼吸植物，干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强，大多数植物是C3植物 3.景天科植物 ①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于炎热干旱地区，其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，其场所是_______________并形成以苹果酸为主的有机酸，储存于____中； 白天时气孔关闭，不吸收CO2，但可通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖，该机制也称CAM途径，场所是________。 叶肉细胞细胞质 液泡 叶绿体 PEP羧化酶 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 ②从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。夜晚该类植物_____（能/不能）合成葡萄糖，原因是 ________________________________________________________ 3.景天科植物 不能 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 白天发生光反应、暗反应 PEP羧化酶 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 ③如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率_________（变/不变）。 3.景天科植物 不变 ④与常见的相比，夜间更适于放置在室内的是_______________________ （进行C3代谢途径植物/景天酸代谢途径的植物） 景天酸代谢途径的植物 PEP羧化酶 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 3.景天科植物 ⑤夜间苹果酸进入液泡的生理意义： ______________________________________________ 避免苹果酸降低细胞质基质的pH; 促进CO2的吸收 ⑥景天科植物参与CO2转化的细胞器有：________________________。 叶绿体、线粒体、液泡 ⑦景天科植物光合作用所需的CO2的来源：______________________________ 呼吸作用产生、苹果酸的分解 PEP羧化酶 （脱羧释放） 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 [例]生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________ (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止____________________________，又能保证____________正常进行。 叶绿体、细胞质基质、线粒体 蒸腾作用过强导致植物过度失水 光合作用 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天 [例] 生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 4.蓝细菌的CO2浓缩机制 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 （1）CO2依次以_____________________方式通过蓝细菌细胞膜和光合片层膜 自由扩散、主动运输 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 4.蓝细菌的CO2浓缩机制 （2）由图可知蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，具体机制为______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 从而通过促进_______进行光合作用，最终提高光合效率。 细胞膜上有HCO3-转运蛋白，并通过主动运输的方式吸收HCO3-，HCO3-在羧化体内可转变为CO2；光合片层上含有CO2转运蛋白，并通过主动运输的方式吸收CO2；羧化体具有蛋白质外壳，可限制CO2气体扩散等 CO2固定 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 5.光合产物及运输 ①磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。 ②淀粉和蔗糖分别在叶肉细胞的____________ 、______________ 叶绿体基质 细胞质基质 ③光合作用合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。 突破2　光呼吸、C4植物、景天科植物等特殊代谢类型 $$