5.4光合作用與能量轉化（第二課時）【知識精研+能力提升】高一上學期生物人教版（2019）必修1

第五章

細胞的能量供應和利用

第4節(jié)光合作用與能量轉化(第二課時)（藍綠色）葉綠素a（黃綠色）葉綠素b（橙黃色）胡蘿卜素葉黃素（黃色）葉綠素（約占3/4，主要吸收紅光和藍紫光）類胡蘿卜素（約占1/4，主要吸收藍紫光）綠葉中的色素葉綠體雙層膜基質中有許多由囊狀結構堆疊而成的基粒光合色素分布在類囊體薄膜上，光合作用的酶分布在類囊體薄膜和基質葉綠體是捕獲光能、進行光合作用的場所。結構功能溫故知新：綠葉中的色素問題：葉綠體中的光合色素捕獲光能將通過什么方式轉化為什么物質呢？CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體一光合作用原理1.光合作用概念：2.過程：指綠色植物通過

，利用

，把

轉化成儲存

著的

，并且釋放出

的過程。葉綠體光能二氧化碳和水有機物氧氣能量合作探究：請自主閱讀課本P102-103頁，小組合作完成以下問題。葉綠體是如何將光能轉化為化學能？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？一光合作用原理探究光合作用原理的部分實驗思考.討論【資料1】19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。C6H12O6葡萄糖CH2O甲醛（CH2O）碳水化合物CO2二氧化碳一光合作用原理探究光合作用原理的部分實驗思考.討論【資料2】：希爾實驗(離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。)處理：給離體葉綠體懸浮液加入氧化劑，不通入CO2；給予光照。結果：葉綠體有O2釋放。葉綠體中H2O光解產生氧氣。推測：4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能離體葉綠體一光合作用原理探究光合作用原理的部分實驗思考.討論【資料2】：希爾實驗(離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。)問題1：希爾實驗中的氧化劑起到什么作用？結合H2O分解產生的H+和2e-

問題2：葉綠體內參與光合作用的還原劑是什么？NADP++H++2e-NADPH酶還原型的輔酶II(NADPH)一光合作用原理探究光合作用原理的部分實驗思考.討論問題5：希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？反應體系中可以還存在其他氧元素供體，沒有排除葉綠體中其他物質的干擾;不能說明問題4：希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？該實驗中不存在合成糖類的原料-CO2，說明水的光解是一個相對獨立的反應階段；可以說明一光合作用原理探究光合作用原理的部分實驗思考.討論【資料3】魯賓和卡門實驗實驗思路：用同位素標記來研究物質的去路材料：小球藻處理：用18O分別標記CO2和H2O，給予光照。光合作用產生的O2來自H2O，不來自CO2。結果：A為O2，B為18O2；結論：一光合作用原理探究光合作用原理的部分實驗思考.討論【資料4】阿爾農實驗材料：離體葉綠體處理：加入ADP、Pi，給予光照結果：葉綠體生成ATP，且同時水光解產生氧氣；光照下，水光解同時ADP和Pi合成ATP。結論：H2OO2+2H+光照葉綠體ADP+Pi

ATP

嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。

+能量一光合作用原理上述實驗表明光合作用不是一個簡單的化學反應，是分階段進行的。實際上，光合作用包括一些列化學反應。根據(jù)是否需要光能，可以概括的分為光反應和暗反應(碳反應)一光合作用原理1.光合作用分為哪幾個階段？分類依據(jù)是什么？2.每個階段反應的條件、場所、物質變化、能量變化如何？合作探究七：請自主閱讀課本P103-104頁，小組合作完成以下問題。光反應階段暗反應階段區(qū)別反應條件反應場所物質變化能量變化聯(lián)系光合作用原理一

光合作用的過程（視頻）一光合作用原理7.光合作用過程：光反應階段①條件：②場所：③物質轉化：④能量轉化：類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H++e-NADPH酶氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+類囊體薄膜水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++2e-

NADPH酶光能

→ATP和NADPH中活躍的化學能一光合作用原理7.光合作用過程：光反應階段知識拓展：光反應示意圖一光合作用原理7.光合作用過程：暗反應階段ADP+PiATPNADP+能量C5多種酶(CH2O)糖類CO2還原酶NADPH酶能量①條件：②場所：葉綠體基質中有光無光都可以，多種酶等有機物中的化學能CO2的固定：C3的還原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHCO2＋C5

2C3酶③物質轉化：ATP、NADPH中的化學能④能量轉化：C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：3-磷酸甘油酸2C3固定一光合作用原理7.光合作用過程：暗反應階段（卡爾文循環(huán)）卡爾文實驗用14C標記的CO2供小球藻實驗，追蹤檢測其放射性。探明CO2中的C的轉移途徑。1961年12月10日獲第61屆諾貝爾化學獎放射性同位素標記法葡萄糖、淀粉在葉綠體基質中合成蔗糖在細胞質基質中合成14C02→14C3→(14CH20)+14C5光合作用原理一類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶光反應暗反應H++e-NADPH酶酶能量類囊體薄膜葉綠體基質NADPH的作用？1.作為還原劑；2.儲存部分能量供暗反應階段利用。小結：光能→ATP和NADPH中活躍的化學能ATP和NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能ATP的作用？只能用于暗反應中C3的還原光合作用原理一思考·討論光反應與暗反應的聯(lián)系聯(lián)系：光反應NADPH、ATP暗反應ADP、Pi、NADP+光反應與暗反應相互影響相互制約，兩者都不能長期獨立進行。光反應是暗反應的基礎，為暗反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供NADP+和ADP、Pi光合作用原理一聯(lián)系光反應階段暗反應階段條件場所物質變化能量變化光、色素、酶酶、ATP、NADPH葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質中水的光解；ATP、NADPH的合成CO2的固定；C3的還原ATP、NADPH中的化學能光能ATP、NADPH中的化學能有機物中的化學能光反應是暗反應的基礎，為暗反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供NADP+和ADP、Pi思考·討論光反應和暗反應的區(qū)別與聯(lián)系【問題】葉肉細胞產生ATP的場所有哪些？光合作用和細胞呼吸產生的ATP在用途上有什么不同？光合作用產生的ATP只用于暗反應C3

的還原，細胞呼吸產生的ATP用于其他各項生命活動；細胞質基質、線粒體、葉綠體；【問題】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物質在葉綠體中移動的方向？ATP和NADPH：從葉綠體的類囊體薄膜

葉綠體基質；ADP和NADP+：從葉綠體基質

類囊體薄膜。CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2光合作用原理一光合作用中元素的轉移：（1）H的轉移：（2）C的轉移：（3）O的轉移：H2O→NADPH→(CH2O)CO2→C3→（CH2O）CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

光合作用原理一合作探究八：正常進行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、[H]、ATP含量如何變化？若突然停止CO2的供應呢？

條件停止光照CO2供應不變

突然光照CO2供應不變光照不變停止CO2供應

光照不變增加CO2供應C3C5ATPNADPH增加減少減少增加減少增加增加減少減少增加增加減少減少增加增加減少光合作用原理一整個光合作用過程中的物質變化和能量變化分別是什么？物質變化：無機物能量變化：光能轉變轉變光合作用的實質：合成有機物，儲存能量。(提供了生命活動的能量來源)有機物糖類等有機物中的化學能特別說明：光合作用的產物除糖類和氧外，還有氨基酸、脂肪等有機物代謝類型同化作用異化作用自養(yǎng)異養(yǎng)光能自養(yǎng)(光合作用)化能自養(yǎng)需氧、厭氧、兼性厭氧呼吸

能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量光合作用原理一化能合成作用：光合作用原理一項目光合作用有氧呼吸發(fā)生范圍含葉綠體植物、光合細菌、藍細菌所有活細胞物質變化無機物合成_______有機物被分解成____