6. 光合作用的过程:
在叶绿体的基粒片层--类囊体上,分布着许多色素分子,包括叶绿素,类胡萝卜素,这些色素分子能够吸收光子,自身被激发,进而将能量传递给别的色素分子,最终由一种色素分子接受能量并完成能量的转换,形成不稳定的化学能--活跃化学能。由于这些变化必需有光才能进行,称为光合作用的光反应。
在叶绿体基质中,活跃化学能被用来合成有机物,从而完成从光能向稳定化学能的转变。由于这些变化有光、无光都能进行,称为光合作用的暗反应。
(1)光反应阶段:必须有光能才能进行,在叶绿体内的类囊体结构上进行。
光反应过程示意图:
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在光反应阶段主要完成了两个转变:光能转变为电能以及电能转变为活跃化学能。
其过程如下:
第一步:光能的吸收和传递:
① 具有吸收和传递光能作用的色素包括:绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b,胡萝卜素,叶黄素。
② 这些色素吸收光能,通过共振传递,最终将光能传递给少数特殊状态的叶绿素a
第二步:光能转变为电能:
① 少数处于特殊状态的叶绿色a,具有吸收、传递、转换光能的作用。它们接受其他色素传递来的光能,将其转换成电能
② 在光的照射下,少数处于特殊状态的叶绿素a不断失去电子和获得电子,从而形成电子流,光能就不断的转换成了电能。
A. 少数处于特殊状态的叶绿素a,接受其他色素传递来的光能后,进入激发态,失去电子,将电子传递给中间电子受体D,再由中间电子受体D将电子传递给NADP+和ADP。
B. 特殊状态的叶绿素a,失去电子后,成为强氧化剂,从中间电子供体C夺取电子后由激发态又恢复到基态。中间电子供体C最终从水分子夺取电子,使水光解。
光能
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|
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e
NADPH
H2O
ADP+Pi ATP
A:处于特殊状态的叶绿素a分子
C:电子供体 D:电子受体
在这里请同学们注意:
Ⅰ电子的最终供体是水,水在光、酶、色素的作用下分解,供氢,供电子。
Ⅱ电子的最终受体是NADP+和ADP。
Ⅲ在叶绿体的色素中,只有特殊状态的叶绿色a能完成能量形式的转换。
第三步:电能转换成活跃的化学能:即光合磷酸化
(1)辅酶Ⅱ:烟酰胺酰嘌呤二核苷磷酸,英文简写NADP+
NADP+能得到两个电子和一个还原氢生成NADPH(还原性辅酶Ⅱ)
物质转换: NADP+ +2e +H+ 酶 NADPH
能量转换: 电能
活跃的化学能
(2)同时,叶绿体利用光能转换成的另一部分电能,将ADP和Pi转换成ATP,以活跃的化学能的形式储存起来。
NADPH(强还原能力)
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光能
电能 活跃的化学能
ATP(含高能磷酸键)
光能 光能
O2
H2O
NADP+ NADPH ATP ADP + Pi
CH2O CO2
在这里请同学们注意:NADPH是很强的还原剂,可以将二氧化碳最终还原成糖类等有机物,自身被氧化成NADP+继续接受电子。
(3)暗反应阶段:没有光能也可以进行,在叶绿体基质中进行。
在暗反应阶段完成了活跃化学能向稳定化学能的转变。既ATP和NADPH中的活跃的化学能转变为稳定的化学能贮存在糖类等有机物中。其过程如下:
第一步:CO2的固定
绿色植物通过气孔从外界吸收的二氧化碳,与一种含有五个碳的化合物(C5)结合,形成两个含有三个碳原子的化合物(C3)。
6CO2 +
6C5 酶
12 C3
第二步:C3的还原
CO2的固定后,形成的含有三个碳原子的化合物(C3),在一系列酶的催化作用下,接受ATP释放出的能量,被NADPH还原,经一系列复杂的反应形成糖类等有机物。同时经过复杂的变化,含有五个碳的化合物(C5)重新形成,循环使用。
12 C3 + 24NADPH + ATP
酶 C6H12O6
+ 6H2O + 6C5
+ ADP + Pi
疑难解析:
Ⅰ在光合作用的暗反应中,不是2个 C3形成1个C6H12O6,而是12个 C3形成1个C6H12O6和6个C5。 ⅡC5是循环使用的,继续进行CO2的固定。
Ⅲ光合作用的产物不仅有糖类,糖类是光合作用的主要产物,光合作用的直接产物还包括某些氨基酸,脂类。
(4)光反应与暗反应的关系:可用下图表示
光反应与暗反应比较:
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项目 |
光反应 |
暗反应 |
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时间 |
放出O2短促快速以微秒计 |
酶促反应较缓慢 |
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条件 |
需叶绿素,光和酶 |
不需叶绿素和光,需多种酶 |
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场所 |
在叶绿体类囊体的薄膜上进行 |
在叶绿体的基质中进行 |
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物质 变化 |
水的光解: 光合磷酸化: |
CO2的固定: C3的还原: |
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能量变化 |
光能→电能→活跃化学能 |
活跃化学能→稳定化学能 |
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联系 |
两个阶段是一个整体,在光合作用过程中,紧密联系,缺一不可。光反应是暗反应的基础,为暗反应阶段提供能量(ATP)和还原剂(还原氢[H]),暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供了原料。 |
疑难解析:
Ⅰ光反应与暗反应是叶绿体中同时进行的两个过程。
Ⅱ光反应是暗反应基础,光反应为暗反应提供了进行还原反应所必需的还原剂和能量,还原剂是NADPH,能量由NADPH和ATP共同提供。
5. 光合作用的场所:叶绿体绿色植物进行光合作用的。
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叶绿体中色素的比较:
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项目 |
颜色 |
吸收光谱 |
纸层析 图谱 |
功能 |
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叶绿素 |
叶绿素a 叶绿素b |
蓝绿色 黄绿色 |
主要吸收红光和蓝紫光 |
中下层 最下层 |
吸收、传递光能 部分叶绿素a还能转换光能 |
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类胡萝卜素 |
胡萝卜素 叶黄素 |
橙黄色 黄光 |
主要吸收蓝紫光 |
最上层 中上层 |
吸收、传递光能 |
疑难解析:
① 在叶绿体中叶绿素的含量是类胡萝卜素是四倍,这就是叶片之所以呈现绿色的原因,而到了秋天,叶子之所以变黄是因为随着叶绿素分解,类胡萝卜素的颜色显现出来造成的。
② 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,其他的光也能吸收,所以在自然光下叶绿素吸收光的总量最大。