5.4.2光合作用与能量转化课件(共24张PPT)2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

(共24张PPT)
5.4光合作用和能量转化
第二课时
光合作用的过程
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
二.光合作用的原理
1.概念：
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
2.反应式：
探索光合作用原理的部分实验
资料1
19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
1928年， 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
不能通过光合作用实现
探索光合作用原理的部分实验
资料2：希尔反应
在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，无CO2），在光照下可以释放出氧气，像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。
探索光合作用原理的部分实验
资料2：希尔反应
P
P
希尔实验中的氧化剂起到什么作用？
结合H2O分解产生的2H+和2e-
叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
NADP++2H++2e- NADPH+H+
酶
水的光解：
2NADP++2H2O → 2NADPH + 2H++ O2
光
酶
探索光合作用原理的部分实验
希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水？
不能说明，希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
探索光合作用原理的部分实验
资料3：鲁宾和卡门实验
实验思路：用同位素标记来研究物质的去路
材料：小球藻
处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。
结果：
结论：
光合作用产生的O2中的O来源于H2O，而不来源于CO2
O2
18O2
检测A与B相对分子质量分别为：32、36
1. 希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
2. 希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
能。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
3. 分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。
4. 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
探索光合作用原理的部分实验
资料4：阿尔农实验(1)
材料：离体叶绿体
处理：加入ADP、Pi，给予光照
结果：
结论：
叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气；
ATP的合成：
ADP + Pi +能量 → ATP
酶
光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。
资料4：阿尔农实验(2)
材料：离体叶绿体
处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件
结果：离体叶绿体中有糖类生成
结论：
黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。
糖类的合成：
CO2 --------------------→ (CH2O)
酶
ATP 、NADPH
CO2合成糖类的具体过程？
探索光合作用原理的部分实验
资料5：卡尔文实验(1)
实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程
材料：小球藻
处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再分离，最后鉴定放射性物质。
结果：
结论：
先出现14C3，最后出现14C5、14C6
三碳化合物
其他中间产物
5秒后
60秒后
CO2 →C3→C5、C6
探索光合作用原理的部分实验
资料5：卡尔文实验(2)
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；
突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
停CO2，C3↓、C5↑
停光照，C3↑、C5↓
结论：C3与C5之间是相互循环的。
CO2 + C5 → 2C3
C3------------------→C5
CO2 的受体是？
NADPH和ATP是用在哪个过程？
酶
ATP、NADPH
酶
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应），两个阶段。
光合作用的过程
光合作用过程的示意图
光反应阶段
类囊体薄膜
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
H+
NADPH
酶
条件：
光、色素、多种酶
场所：
类囊体薄膜
物质转化：
水的光解：
ATP的合成：
H2O 1/2O2 + H+ + 2e-
光
色素
光能
能量转化：
ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + e- NADPH
酶
光解
暗反应阶段
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
还原
酶
NADPH
酶
能量
条件：
场所：
叶绿体基质中
有光无光都可以，多种酶等
有机物中稳定的化学能
CO2的固定：
C3的还原：
2C3 (CH2O) + C5
酶
ATP、NADPH
CO2＋C5 2C3
酶
物质转化：
ATP、NADPH中活跃的化学能
能量转化：
C5：核酮糖-1 ,5-二磷酸，即RuBP
C3：3-磷酸甘油酸
2C3
固定
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
酶
类囊体薄膜
叶绿体基质
可见光
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？
2.NADP+和ADP的移动途径呢？
3.NADPH的作用？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量
光合作用的过程
光反应与暗反应的比较
反应阶段
反应部位
反应条件
物质变化
能量变化
产 物
联 系 光合作用实质 光反应
暗反应
类囊体薄膜上
叶绿体基质
必须有光、光合色素、酶
有光或无光均可，多种酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5
光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
③ H 的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O ) 、H2O
① C 的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
② O 的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）、H2O
H2O → O2
6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O
光能
叶绿体
光合作用中的元素转移
条件骤变对光合作用中各物质的影响
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱 减少 增加 减少 减少
光照增强 增加 减少 增加 增加
H + +2e-
【环境因素骤变对物质变化的模型分析】
物
质含
量
时间
强光照
C3
NADPH、ATP,
C5,(CH2O)合成量
弱光照
CO2浓度不变：光照强度改变
条件骤变对光合作用中各物质的影响
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少
CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
H + +2e-
物
质含
量
时间
CO2缺乏
C3, (CH2O)
C5, NADPH, ATP
CO2充足
光照强度不变：CO2浓度改变
【环境因素骤变对物质变化的模型分析】
条件
停止光照、
CO2供应不变
突然光照、
CO2供应不变
光照不变、
停止CO2供应
光照不变、
增加CO2供应
C3
C5
ATP
NADPH
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
当条件改变时，C3、C5、ATP、NADPH含量变化
减少
增加
增加
减少
条件骤变对光合作用中各物质的影响
小结
光合作用释放的氧气中的氧元素来自水；氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
光合作用
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
探索光合作用原理的部分实验
光合作用过程
化能合成作用
能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量