植物的光合作用初中生物奥赛

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1、第三讲植物的光合作用光合作用的本质就是将光能转化为化学能，通过把co2还原成糖类来实现。光合作用分为三个阶段：原初反应、电子传递和碳同化三个阶段，其屮原初反应和电子传递过程都需要光，这两个阶段合称光反应阶段；碳同化阶段不需要光，称为喑反应阶段，但是在光下也能进行。(1)原初反应图12—个光合单位色素排列示意图图12是一个光合单位的色素排列示意图，四种颜色的原点代表四种不同的叶绿体色素，这些色素围绕屮心色素P排列，每个屮心色素P周围都有250-300个色素分子，这些色素分子叫做天线色素，负责接受光子、传递

2、光子能量，并最终传递到屮心色素P分子。屮心色素P分子只能由特殊的叶绿素a分子承担。因此所有能进行光合作用的梢物都含有叶绿素a.分子。当光子传导屮心色素P后，光子不再传递，而发生电荷分离，由屮心色素P把电子传递到第一个电子受体A,导致A带负电，P带正电。由于P丢失了一个电子，就好比在这里挖了一个陷阱，引起与它相临的D分子的电子流向这个瞄阱，P恢复原状，D带正电。但由于P分子不断有从天线色素传来的光子对它进行激发，导致它的外围电子非常活跃，不断地将电子传送到A分子，使得大量带负电的A分子累计，大量的带正电的

3、D分子累计，这两种物质存在丁•类囊体膜的两侧，形成电压差，光能转变成了电能。如果把类囊体膜折算成lcm厚，膜两侧的电压差可达到106v/cm。通过这个反应，在叶绿体闪，光能转化成了电能。这个反应叫做原初反应。利用原初反应原理来截获太阳光能，是生物能源研宂的一个重要领域，但还没有实质性的突破。图13T式：图13原初反应模式图(2)电子传递和光合磷酸化只要有光的照射，就会有源源不断的光子能U传递到P分子，P分子的电子就会不断地被激发，处于活跃的状态而被A分子获取；A分子获得电子后，需要把电子送出去，以便为P

4、分子腾出空间，这就需要有一种物质来不停地接受A分子传来的电子。在叶绿体内，NADP、H+作为电子受体被还原成NADPH,成为生物体内最重要的一种还原剂。而源源不断的电子、H"可通过水的解离来获得。水屮的氧失去电子被氧化为氧气，释放出去，反应如下。2H.0——^4H+02+4e在这个过程屮，电子的传递是一个非常复杂的、逐步发生的过程，这样得以保证在外界需要剧烈进行的反应在生物体內能够温和的进行。电子传递过程如下图14:原初电子受体A分子图14电子传递过程图中P680是接受波长为680nm光的特殊叶绿素a分

5、子，接收天线色素传來的光子能量后，电子被激发，处于活跃状态，引起类囊体膜内水的电离，放出氧气和H'在类囊体膜内贮存，电子被传递原初电子受体A分子，继续经过一系列分子传递到P700分子。在电子的传递过程中，类囊体膜外的穿梭转移到类囊体膜内，电子能量也逐渐降低。当电子传递到接受波长为700nm光的特殊叶绿素a分子时，能量己不足以电子进行继续传递，因此P700分子第二次接受光子的照射，引起电子又一次被激发，处于活跃状态，进行继续传递，最终传送到NADP++H+,形成NADPH,一个NADPH相当于3个ATP。

6、类囊体膜内的H+累积到一定的程度，和膜外的H+形成了浓度梯度，在膜上的ATP酶作用下，形成ATP，这就是获得1962年诺贝尔奖的化学偶联假说，现在被证明这种产生或利用ATP的方式在生物体内是广泛存在的。如下图15所示：图15光合磷酸化的化学偶联假说通过光反应阶段，获得了大量的ATP和NADPH,把光能固定下来转化成了化学能。这个过程是一个被动的过程，只要有光照、足够的水、叶绿体色素、类囊体膜、磷酸腺苷、相应的催化酶，这个反应就可以进行下去。但是生物体内存在太多的活跃的化学能ATP、NADPH,很容易使0

7、2形成氧自由基，对类囊体膜造成伤害，因此活跃的化学能必须要转变成稳定的化学能。(3)碳同化先看看表3所列物质，我们会发现一些规律：表3不同含碳物质的电荷位含破物质C02COHCOOHC,IICHO,GHrAGILC2H4CIh碳价位+4+2+20-1-2-4随着含碳化合物的碳电荷价变化，含碳化合物内能也相应的变化，氧化态越高，能量越低，还原态越高，能量越岛。挽句话说，物质的还原态越岛，所含能量越商。光合作用的本质是将C02还原为CcH.A贮藏能量的过程，我们把这一过程叫做碳同化。在光合作用的贮藏能量的过

8、程屮，为何选择的是含C化合物，而不是其它的化学物质,比如氧化物、氮化物、硫化物呢？这是由C元素的特殊性质所决定。图16碳原子的特殊空间结构及其所形成的多种多样的化合物图16所示，碳的外围有四个不饱和电子，因此可以在四个方向与其它物质结合，组成各种各样的物质，而且与其它物质结合是有多种方式，如双键、单键，甚至三键，通过与另外的碳原子结合，还可以形成支链，如上图。在自然界还没有发现任何一个其它物质具有这种能力。因此C元素也可以说是生命的元素、生