内容正文:
专题二
分子与细胞
细胞呼吸与光合作用
(第一课时)
细胞呼吸与光合作用
考向总结
概念、步骤、场所、能量变化
影响因素(&曲线):
细胞呼吸——氧气、温度
光合作用——光照、二氧化碳浓度、温度、水分(曲线+点的移动)
(真(总)光合速率、呼吸速率、净光合速率)
速率测定——液滴移动、黑白瓶法、半叶法
光呼吸、光抑制、光保护
CO2
细
胞
呼
吸
O2
细胞质基质、线粒体
光
合
作
用
光反应
水的光解:
只在光下进行
有氧
呼吸
总反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O +能量
酶
场所
三个阶段
C6H12O6 2C3H4O3 +4[H] +能量
酶
酶
酶
2C3H4O3 +6H2O 6CO2
+ 20[H]+能量
24[H]+6O2 12H2O +
大量能量
无氧
呼吸
场所
总反应式
细胞质基质
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
C6H12O6 2C3H6O3+能量
酶
酶
暗反应
反应式
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
条件
场所
物质
变化
能量
变化
叶绿体内的类囊体薄膜
H2O 光 H++O2
NADP++H++2e-→NADPH
ADP+Pi+能量→ATP
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
叶绿体基质
条件
场所
物质
变化
能量
变化
有光、无光都能进行
CO2的固定:
C5 +CO2→2 C3
C3的还原:
NADPH NADP+
ATP ADP+Pi
C3
(CH2O)+ C5
ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
考向1:概念、步骤、场所
3
(1)光合色素的主要功能是________________光能,其吸收的光能有两个方面的用途:一是______________________________________
_______________________________________________________________________;二是在有关酶的作用下,提供能量促使ATP的合成。
(2)NADPH的作用是:_______________________________________
_________________。
将水分解产生氧和H+,氧直接以氧分子的形式释放出去,H+与氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)结合,形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)
吸收、传递、转化
作为活泼的还原剂,同时也储存部分能量供
暗反应阶段利用
(4)光合作用旺盛时,很多植物合成的糖类通常会以 的形式临时储存在叶绿体中,假如以大量可溶性糖的形式存在,则可能导致________________。_____是大多数植物长距离运输的主要有机物,与葡萄糖相比,以蔗糖作为运输物质的优点是__________________。
淀粉
蔗糖
非还原糖性质较稳定
叶绿体吸水涨破
(3)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖,原因是:
_______________________________________________
黑暗条件下不能进行光反应,不能产生暗反应所需要的ATP和NADPH
(1)NADH在NADH脱氢酶的作用下生成H+和高能电子(e-),电子被镶嵌在 上的蛋白复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ捕获和传递,最终传递给 ,O2和H+结合生成了 。
线粒体内膜
O2
H2O
拓展:呼吸电子传递链
(2)蛋白复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+泵入 ,构建了______________内外的H+浓度梯度。H+沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道从膜间腔 _______浓度梯度流回 ,推动了ATP的合成。
膜间腔
线粒体基质
拓展:呼吸电子传递链
线粒体内膜
顺
总结:
①电子的最初供体: ;
②电子的最终受体: ;
③蛋白复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的功能: ;
④合成ATP的能量直接来源于: ;
NADH
O2
电子传递的载体;运输H+(质子泵)
H+的电化学势能
拓展:呼吸电子传递链
例.(2022·山东,16改编)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列叙述错误的是
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成
的ATP减少
√
拓展:光合电子传递链
(1) _________上的色素分子能够捕获光能,将光能传递给位于反应中心的色素分子,该色素分子被激发,释放出一个高能电子。失去电子的色素分子从水分子中夺取电子,使水分解成____________。
H+和O2
类囊体膜
拓展:光合电子传递链
(2)色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质捕获,这些蛋白质利用电子携带的能量使H+从叶绿体基质泵入类囊体腔,并最终把电子传递给了_________,NADP+获得电子后与H+结合,生成_________。
NADP+
NADPH
拓展:光合电子传递链
(3)类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透,类囊体膜上镶嵌有ATP合酶,类囊体腔中的H+ 经ATP合酶返回 ,推动了 。
顺浓度梯度
叶绿体基质
ATP的生成
光合磷酸化:H+顺浓度梯度驱动ATP合酶的运转,将ADP磷酸化为ATP的过程。
拓展:光合电子传递链
②质子浓度(电化学)梯度建立的原因:
a.类囊体腔侧:PSⅡ在进行水的光解产生H+;
b.质子泵:将一些H+逆浓度梯度从叶绿体基质泵入类囊体腔;
c.叶绿体基质:NADP+消耗H+形成NADPH。
总结:
①电子的最初供体是 ,最终受体是 ,电子传递的最终产物是 ;
水
NADP+
NADPH
1961年,米切尔提出了化学渗透假说
①线粒体内膜上的质子泵:
线粒体基质→线粒体膜间隙
叶绿体类囊体薄膜上的质子泵:
叶绿体基质→类囊体腔
②线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层不允许H+回流,膜内外产生 ;
③H+顺浓度梯度通过ATP合酶回流释放能量合成 。
H+浓度梯度
ATP
H+
H+
拓展:化学渗透假说
1.光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应,最终接受电子的物质(最终电子受体)是________,而最终提供电子的物质(最终电子供体)是________。 (2025·安徽卷16题)
2.科研人员从植物叶绿体中分离类囊体,构建含类囊体的人工细胞,并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞,在适宜光照下,
荧光强度______(填“变强”“不变”或“变弱”)
,说明类囊体膜具有的功能有____________________
(2025·江苏卷21题节选)
水
NADP+
变弱
使水分子分解产生H+;转运H+
真题引领
3. 高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。(2025·山东卷21题)
(1)叶绿体膜的基本支架是__________________;叶绿体中含有许多由类囊体组成的_____,扩展了受光面积。
磷脂双分子层
基粒
真题引领
(2)据图分析,生成NADPH所需的电子源自于_____。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、________________,离心收集绿藻并重新放入含H218O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有_____________
CO2、O2
水
丙酮酸、NADH
真题引领
(3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为___________________________________________________________
途径①以电能的方式耗散光能;
途径②以热能的方式耗散光能
真题引领
维度 呼吸电子传递链 光合电子传递链
膜系统 线粒体内膜 类囊体膜
电子供体 NADH (化学能) H2O(光裂解)
电子受体 O2 NADP+
质子泵方向 基质→膜间隙 基质→类囊体
驱动ATP的梯度 跨线粒体内膜(外高内低) 跨类囊体膜(腔)
能量输入 化学能(氧化还原) 光能(光子激发)
偶联机制 化学渗透 化学渗透
小结
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