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O2+2H++2e-
(3)NADPH的形成:
NADP++H++e-→NADPH
(4)ATP的形成:
ADP+Pi→ATP
暗反应
(发生于叶绿体基质)
(1)固碳作用:
CO2+H2O+RuBP→甘油酸
(2)还原作用:
甘油酸
甘油醛
(3)再生作用:
RuBP
【例题】植物光合作用中的光反应,其主要功能为何?
(A)固定二氧化碳(B)产生ATP和NADPH(C)利用ATP产生葡萄糖(D)由二氧化碳和水产生葡萄糖【96指考】
(B)
【详解】光合作用中的光反应可形成ATP和NADPH。
焦点37光反应:
光系统
光系统II
(PSII)
反应中心P680=对光波680nm吸收较强的叶绿素a
(1)各色素分子吸收光能→能量转移至叶绿素P680
→叶绿素P680释出电子
电子转移至PSI
(2)电子呈单方向从PSII流向PSI→不再返回
(3)PSII需补充的电子来自水分子的分解
光系统I
(PSI)
反应中心P700=对光波700nm吸收较强的叶绿素a
各色素分子吸收能量→能量转移至叶绿素P700
→叶绿素P700释出电子
NADP+吸收电子和H+→合成NADPH
反应中心
叶绿素a吸收光能→释出电子(引发电子传递链)
水的分解(光水解):
(1)O2离开叶绿体→由气孔释出
(2)e-被光系统II吸收
→补充叶绿素a受光激活后所失去的电子
(3)H+藉主动运输进入叶绿囊的内腔
电子传递链
(1)对电子的亲合力:
电子载体A<电子载体B<电子载体C<电子载体D
(2)电子释出能量→合成ATP(用于H+的主动运输)
叶绿囊内腔累积H+
叶绿囊内腔累积H+
→叶绿囊内腔H+浓度高,叶绿囊外基质H+浓度低
→形成『质子浓度梯度』(电化学梯度)
合成ATP
叶绿囊膜上的沟道蛋白与ATP合成酶相连
质子浓度梯度
【例题】有关于光合作用的光反应,下列叙述何者正确?
(A)PSI和PSII均位于叶绿饼 (B)光系统失去的电子皆由水分解补充 (C)非循环式电子传递仅产生ATP,不产生NADPH (D)循环式电子传递可产生ATP和NADPH (E)PSII并未参与循环式电子传递
(A)(E)
(B)水分解所释出之电子由光系统II吸收(C)(D)非循环式电子传递可产生ATP和NADPH;
循环式电子传递仅产生ATP,不产生NADPH。
焦点38光反应的电子传递链:
非循环式
电子传递
(1)主要功能:
将光能转变为化学能→形成ATP及NADPH
(2)一对电子的传递→可产生1个ATP及1个NADPH
∵2H2O→O2+4H++4e-
∴光水解产生1个O2时,可释出4个电子→产生2ATP及2NADPH
循环式
产生1个ATP
(2)PSII未参与循环式电子传递→没有光水解作用,没有O2产生
(3)P700释出之电子被PSI本身所吸收→没有形成NADPH
【例题】有关于光合作用中的循环式和非循环式的电子传递方式,下列叙述何者正确?
(A)皆以P680和P700为反应中心 (B)皆有氧气的产生 (C)皆以NADP+吸收电子 (D)皆有ATP的产生
(D)
(A)循环式电子传递仅有PSI参与,PSI的反应中心是P700(B)非循环式电子传递引发水分解产生氧气,循环式电子传递不产生氧气(C)循环式电子传递由PSI吸收电子。
焦点39暗反应:
(亦被称为碳反应、卡尔文循环、三碳循环)
固定一个CO2需消耗3个ATP及2个NADPH
(1)6RuBP+6CO2→不稳定化合物
12PGA(磷酸甘油酸)
(2)12PGA
12G3P(PGAL,磷酸甘油醛)
(3)10G3P→6RuBP(再用于固定CO2)
2G3P→合成葡萄糖、胺基酸、脂肪酸
【例题】生物可藉光合作用将太阳能转变为化学能,供细胞利用。
下列有关光合作用的叙述,哪几项正确?
(A)能行光合作用的生物细胞都含叶绿素(B)能行光合作用的植物细胞都含叶绿体(C)植物细胞主要利用绿光来进行光合作用(D)植物细胞进行光合作用时,将水分解产生氧分子的反应是在叶绿体的基质中进行(E)植物细胞进行光合作用时,固定二氧化碳生成糖分子的反应是在叶绿体的囊状膜上进行【93指考】
(A)(B)
(C)叶绿素不吸收绿光(D)光反应中的水分解反应发生于绿叶体的囊状膜上(叶绿囊膜上)(E)固定二氧化碳的暗反应发生于叶绿体的基质内。
焦点40CO2的固定:
CO2固定方式
代表种类
C3植物
CO2在叶肉中被固定为三碳的甘油酸PGA→进入卡尔文循环
一般植物均属此类
例如:
水稻
C4植物
CO2在叶肉先被固定为四碳的草醋酸OAA
→草醋酸转换成有机酸进入维管束鞘细胞
→有机酸分解释出CO2参与卡尔文循环
生长于热带、亚热带较缺水地区
甘蔗、玉米
CAM植物
可进行景天酸代谢
(1)夜间气孔开放
→CO2在叶肉被固定为苹果酸(存于液泡)
(2)日间气孔关闭
→苹果酸分解释出CO2参与卡尔文循环
生长于极缺水的干旱地区
景天科植物、仙人掌
落地生根、石莲、菠萝
【例题】
(1)下列有关不同植物固定CO2方法的叙述,何者错误?
(A)水稻叶肉细胞内的酵素能促使CO2与三碳糖结合(B)菠萝的叶肉细胞可在夜间将CO2固定于液胞内(C)甘蔗的叶肉细胞仅能固定CO2,但无法合成磷酸甘油醛(D)仙人掌的叶肉细胞可以固定CO2,又可以合成磷酸甘油醛【100指考】
(2)生物固碳法是利用生物具有光合作用的能力,将二氧化碳转换成碳水化合物。
下列有关景天酸代谢(CAM)植物之固碳作用的叙述,哪些正确?
(A)发生在白天(B)需要水分子(C)需要液胞(D)发生在光反应,可以产生能量(E)发生在碳反应,会消耗能量【100指考】
(1)(A)
(2)(C)(E)
(1)(A)水稻属于C3植物,叶肉细胞内的酵素能促使CO2被固定为三碳的甘油酸(B)菠萝属于CAM植物,叶肉细胞可在夜间将CO2固定于液胞内
(C)甘蔗属于C4植物,叶肉细胞仅能固定CO2,但无法合成磷酸甘油醛;
维管束鞘细胞可进行卡尔文循环、合成磷酸甘油醛(D)仙人掌属于CAM植物,叶肉细胞于夜晚固定CO2,于白天合成磷酸甘油醛。
焦点41ATP的形成:
ATP的结构
腺嘌呤+核糖+三个磷酸基(仅具二个高能磷酸键)
能量货币
所有生物均直接利用ATP作为供能物质
转换效率90%
ATP的形成(耗能8Kcal):
ADP+Pi+8Kcal→ATP+H2O
ATP的水解(释能7.3Kcal):
ATP+H2O→ADP+Pi+7.3Kcal
偶联反应
生物体内的吸能反应与放能反应藉ATP而联合
受质阶层的
磷酸化作用
糖解作用
(发生于细胞质)
磷酸烯醇丙酮酸(PEP)+ADP
↓酵素
丙酮酸+ATP
化学渗透的
(1)氧化的磷酸化作用
(发生于粒线体)
内褶膜与外膜之间的空腔(外隔室)累积H+
→内褶膜内外H+浓度有差异
→H+通过内褶膜上的沟道蛋白和ATP合成酶
→触发ATP合成酶的活性
→ADP与Pi结合成ATP
(2)光合的磷酸化作用
(发生于叶绿体)
→叶绿囊膜内外H+浓度有差异
→H+通过叶绿囊上的沟道蛋白和ATP合成酶
叶绿体
粒线体
【例题】下列有关于生物细胞形成ATP的叙述,何者正确?
(A)粒线体和叶绿体的外膜皆有电子传递链 (B)膜两侧的H+浓度差异可抑制ATP形成 (C)内膜的电子传递链可造成H+浓度差异 (D)ATP合成酶可促使H+浓度差异的形成
(C)
(A)粒线体和叶绿体的外膜无电子传递链(B)膜两侧的H+浓度差异可促使ATP形成(D)H+浓度差异可活化ATP合成酶而形成ATP。
焦点42有氧呼吸:
有氧呼吸(细胞呼吸):
发生于粒线体,产生CO2和H2O,有电子传递链。
1.糖解作用
(1)葡萄糖→…→2PGAL(磷酸甘油醛)→…→2丙酮酸
(2)NAD++H++e-→NADH
(3)2ADP+2Pi→2ATP
糖解过程不需氧参与→有氧或无氧均可进行糖解作用
2.形成乙酰辅酶A
(1)丙酮酸+辅酶A→乙酰辅酶A+CO2
(2)NAD++H+→NADH
3.柠檬酸循环
(1)乙酰辅酶A+4C化合物→柠檬酸(6C)
(2)柠檬酸
↓柠檬酸循环(克列伯循环)
3NADH、FADH2、2CO2、ATP、4C化合物
4.电子传递链
(发生于粒线体的
内褶膜上)
(1)NADH、FADH2→参与粒线体内褶膜上的电子传递链
(2)电子释出能量→H+通过内褶膜移至外隔室
(3)外隔室累积高浓度H+→形成质子浓度梯度
→触发ATP合成酶的活性→合成ATP
(4)2H++½
O2+2e-→H2O
【例题】光合作用的光反应和细胞呼吸作用的过程皆有电子传递的现象,二者之间有何差异?
(A)光反应中,由O2提供电子给电子传递链(B)呼吸作用中,由NADH提供电子给电子传递链(C)呼吸作用的电子传递系统中,最后由O2接受电子(D)光反应的电子传递系统中,最后由NADPH接受电子(E)光反应的电子传递为一放能反应,呼吸作用的电子传递则为一吸能反应【91指考】
(B)(C)
(A)光反应中,由H2O提供电子给电子传递链(D)光反应的电子传递系统中,最后由NADP+接受电子而形成NADPH(E)光合作用和呼吸作用的电子传递链皆为放能反应(形成ATP)。
焦点43无氧呼吸:
无氧呼吸(酦酵作用):
发生于细胞质,无电子传递链,不产生H2O。
乳酸酦酵
(肌肉细胞、乳酸菌)
(1)葡萄糖+2ADP
2丙酮酸+2ATP
(2)2丙酮酸
2乳酸
丙酮酸直接被还原为乳酸,不产生CO2
C6H12O6→2C2H4OHCOOH+2ATP(不产生H2O和CO2)
酒精酦酵
(植物细胞、酵母菌)
2乙醛+2CO2
↓
2乙醇
丙酮酸被分解为乙醛和CO2,乙醛再还原为乙醇(酒精)
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP(不产生H2O)
【例题】下列有关细胞进行呼吸作用的叙述,哪几项正确?
(A)酵母菌只会进行无氧呼吸作用(B)植物细胞只在进入黑暗期后才进行呼吸作用(C)动物细胞可进行有氧及无氧呼吸作用(D)所有生物细胞的呼吸作用都是在粒线体内进行(E)细胞进行有氧或无氧呼吸作用时,都会进行糖解作用【93指考】
(C)(E)
(A)酵母菌可行有氧呼吸和无氧呼吸(B)植物在白天和夜晚均会行呼吸作用(D)原核生物(细菌和蓝绿菌)不具粒线体;
原核生物于细胞膜进行呼吸作用形成ATP。
焦点44探讨活动酵素活性的测定:
原理
利用触酶分解过氧化氢。
若有水和氧产生,表示有毒的H2O2已被分解
步骤
(1)3%过氧化氢溶液+马铃薯碎片→收集所产生的气体(O2)。
(2)3%过氧化氢溶液+磨碎的猪肝→收集所产生的气体(O2)。
结果
(1)2H2O2
2H2O+O2↑
(2)以排水集气法收集气体(O2)
→即将熄灭的火柴头重新点燃(因O2有助然性)
【例题】在装有过氧化氢溶液的锥形瓶中,分别装入不同物质,回答下列问题:
(1)若放入的物质是小石块或粉笔,锥形瓶内的反应为何?
(2)若放入的物质是马铃薯,则锥形瓶内的反应为何?
(3)若放入的物质是磨碎的猪肝,则锥形瓶内的反应为何?
(4)上述各装置,锥形瓶内的反应是由何物质所引起?
(5)承上题,此反应的反应式中,产物为何?
(6)若以试管收集所产生的气体,应如何收集?
(7)把即将熄灭的火柴头丢入已收集气体的试管中,有何变化?
(1)无反应
(2)有气泡产生(3)有气泡产生(4)触酶(5)O2及H2O
(6)排水集气法(7)又重新燃烧起来
焦点45探讨活动光合作用之探讨:
实验
光合色素之层析分离
光反应的还原作用
(1)80℃烘干菠菜叶片
(2)90%丙酮溶解叶片的色素
(3)5ml展开液
=石油醚4.5ml+90%丙酮0.5ml
石油醚:
丙酮=9:
1
(1)0.5蔗糖溶液=叶绿体的等张溶液
(2)叶绿体溶液离心分离
(3)0.1%DCPIP
→吸收光反应水分解所产生的电子
由上而下:
(分子量由小至大)
胡萝卜素/叶黄素/叶绿素a/叶绿素b
照光的叶绿体溶液:
DCPIP蓝色→褪色为无色
希尔反应:
DCPIP(蓝色)+H2O
DCPIP-H2(无色)+
O2
【例题】请回答下列有关于『光合色素层析分离』实验的问题:
(1)本实验中使用丙酮的目的为何?
本实验中使用石油醚的目的为何?
(2)展开液的成分及配制比例为何?
叶汁滴在滤纸的范围有何限制?
(3)滤纸上最先出现的颜色为何?
(4)滤纸上所得色素层析由上而下依序为何?
(5)层析所得的光合色素,何者分子量最大?
(1)溶解叶绿体内所含的色素;
作为展开液
(2)石油醚:
1;
范围不可太大、愈小愈好
(3)橙色(4)胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b(5)叶绿素b
【例题】在『光反应的还原作用』实验中,先取叶绿体溶液置于冰箱中备用,然后取A、B、C、D四支试管,C管及D管以铝箔纸包紧管底使不透光,A管及B管则置于光照下,请回答下列有关于本实验的问题:
(1)本实验中的指示剂为何?
(2)制备叶绿体溶液时,为何必须使用蔗糖溶液?
其适当浓度为何?
(3)制备叶绿体溶液时,为何不能使用蒸馏水?
(4)为何需使用二层纱布过滤制备的叶绿体溶液?
(5)叶绿体溶液经每分钟3000转速离心5分钟后,其绿色沉淀物中有无细胞核?
为什么?
(6)哪些试管是为对照组?
(7)哪些试管的指示剂颜色发生变化?
指示剂的颜色如何变化?
(1)DCPIP
(2)作为叶绿体的等张溶液,0.5M
(3)会使叶绿体胀破(4)可得到较纯净的叶绿体溶液
(5)有,因细胞核比重大,且大小与叶绿体相当
(6)B为A之对照组,D为C之对照组
(7)A;
由蓝色褪色为无色
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- 关 键 词:
- 单元 光合作用 能量