植物學(xué)光合作用與呼吸作用的比較-結(jié)合中學(xué)教材齊迪珍

1、光合作用與呼吸作用的比較 -結(jié)合中學(xué)教材 類型類型內(nèi)容內(nèi)容項(xiàng)目項(xiàng)目光合作用光合作用有氧有氧呼吸呼吸無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸原原 料料 CO2和和H2O有機(jī)物和氧氣有機(jī)物和氧氣有機(jī)物有機(jī)物產(chǎn)產(chǎn) 物物 有機(jī)物和氧氣有機(jī)物和氧氣二氧化碳和水二氧化碳和水場(chǎng)所場(chǎng)所活細(xì)胞活細(xì)胞(主要在主要在線粒體中線粒體中)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 葉綠體葉綠體*酒精發(fā)酵乳酸發(fā)酵 * 類型類型內(nèi)容內(nèi)容項(xiàng)目項(xiàng)目光合作用光合作用有氧有氧呼吸呼吸無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸條件條件光、光、色素色素、酶、酶 酶、有光無(wú)酶、有光無(wú)光均可進(jìn)行光均可進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵31.06%主要中間產(chǎn)物主要中間產(chǎn)物ATP丙酮酸丙酮酸 34*40.45*

2、酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵27.03*光合作用概念 指綠色植物（主體）通過(guò)葉綠體（條件及場(chǎng)所），利用光（條件）能，把二氧化碳（原料）和水（原料）轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物（產(chǎn)物），并且釋放出氧氣（產(chǎn)物）的過(guò)程。1 . 主體 光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是植物、藻類和某些細(xì)菌，在可見(jiàn)光的照射下，利用光合色素，將二氧化碳（或硫化氫）和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣（或氫氣）的生化過(guò)程。 考慮到我們這門課是植物生理學(xué)，這里我們所說(shuō)的光合作用是指植物進(jìn)行的生化過(guò)程。（1）光 （2）色素 （3）酶2 . 條件條件要求之光條件要求之色素條件要求之色素l聚光色素（輔助色素）：大部分葉綠素聚光

3、色素（輔助色素）：大部分葉綠素a,全部葉綠素全部葉綠素b，胡蘿卜素，葉黃素。，胡蘿卜素，葉黃素。吸收、傳遞光能吸收、傳遞光能l反應(yīng)中心色素（作用中心色素）：只有反應(yīng)中心色素（作用中心色素）：只有少數(shù)特殊葉綠素少數(shù)特殊葉綠素a（P680，P700）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化光能化光能back呼吸作用概念細(xì)胞呼吸是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其它產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過(guò)程。呼吸作用概念 呼吸作用是指生物體內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)，呼吸作用是指生物體內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)，通過(guò)氧化還原而產(chǎn)生通過(guò)氧化還原而產(chǎn)生COCO（乳酸發(fā)酵無(wú)乳酸發(fā)酵無(wú)COCO生成生成）同時(shí)釋放能量的過(guò)程。）同時(shí)釋放能量的過(guò)程。P105P1

4、05有氧呼吸有氧呼吸無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸有氧呼吸是指活細(xì)胞在氧的參與下，有氧呼吸是指活細(xì)胞在氧的參與下，通過(guò)酶的催化作用，把糖類等有機(jī)物通過(guò)酶的催化作用，把糖類等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生出二氧化碳和水，徹底氧化分解，產(chǎn)生出二氧化碳和水，同時(shí)釋放出大量能量的過(guò)程。同時(shí)釋放出大量能量的過(guò)程。無(wú)氧呼吸一般是指細(xì)胞在無(wú)氧條件下，無(wú)氧呼吸一般是指細(xì)胞在無(wú)氧條件下，通過(guò)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)通過(guò)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物質(zhì)分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同物質(zhì)分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放出少量能量的過(guò)程。時(shí)釋放出少量能量的過(guò)程。6CO6CO2 2 + 12H+ 12H2 2OO* * C C6 6H

5、H1212OO6 6 + 6O + 6O2 2 * * + 6H+ 6H2 2O O光能光能葉綠體葉綠體光合作用的反應(yīng)式光合作用的反應(yīng)式呼吸作用的反應(yīng)式呼吸作用的反應(yīng)式有氧呼吸無(wú)氧呼吸轉(zhuǎn)化成乳酸的反應(yīng)式為：轉(zhuǎn)化成乳酸的反應(yīng)式為： 分解成酒精的反應(yīng)式為：分解成酒精的反應(yīng)式為： back光反應(yīng)在類囊體膜上暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中back第一階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第二階段線粒體基質(zhì)第三階段線粒體內(nèi)膜back轉(zhuǎn)化效率之光合作用按每吸收按每吸收4mol光量子形成光量子形成1molNADPH和和4/3molATP來(lái)考慮來(lái)考慮電子傳遞過(guò)程中的能量利用率電子傳遞過(guò)程中的能量利用率=(光反應(yīng)貯存的化學(xué)能光反應(yīng)貯存的化學(xué)能/

6、吸收的光能吸收的光能) (214kJ+4/330.6KJ) (4172kJ) 網(wǎng)上的數(shù)據(jù)各有不同，我所采用的是陳瑛老師ppt上的數(shù)據(jù)。形成形成1mol ATP需要需要30.6kJ能量能量形成形成1mol NADPH自由能變化自由能變化214kJ1mol光量子的能量為光量子的能量為172kJ1.電子傳遞過(guò)程中的能量利用率（光反應(yīng)）電子傳遞過(guò)程中的能量利用率（光反應(yīng)） = 0.37=37%2.能量轉(zhuǎn)化率（暗反應(yīng)）能量轉(zhuǎn)化率（暗反應(yīng)） 卡爾文循環(huán)的總反應(yīng)6CO2+18ATP+12NADPH+12H +12H2O C6H12O6+18ADP+18Pi+12NADP +6H+能量轉(zhuǎn)化率能量轉(zhuǎn)化率=647

7、818*30.6+12*214100%=92%總的能量轉(zhuǎn)化率=92%37%=34%back而每還原一分子CO2，儲(chǔ)藏于糖類中的化學(xué)能為478kJ可簡(jiǎn)化為：轉(zhuǎn)化效率之呼吸作用有氧呼吸有氧呼吸 1 mol葡萄糖釋放能量葡萄糖釋放能量2 870 kJ， 其中其中1 161 kJ轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移至ATP中中轉(zhuǎn)化效率= 40.45%1 161 kJ2 870 kJback無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸轉(zhuǎn)化效率之呼吸作用1 mol葡萄糖釋放能量葡萄糖釋放能量225.94 kJ，其中有，其中有61.08 kJ轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移至ATP中中分解成酒精的反應(yīng)式為：分解成酒精的反應(yīng)式為： 1 mol葡萄糖釋放能量葡萄糖釋放能量196.65

8、kJ，其中有，其中有61.08 kJ轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移至ATP中中轉(zhuǎn)化成乳酸的反應(yīng)式為：轉(zhuǎn)化成乳酸的反應(yīng)式為：轉(zhuǎn)化效率轉(zhuǎn)化效率= 31.06%轉(zhuǎn)化效率轉(zhuǎn)化效率= 27.03%61.08 kJ225.94 kJ61.08 kJ196.65 kJback主要中間產(chǎn)物之光合作用1 1）NADP+NADP+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）2 2）ATPbackforwardback主要中間產(chǎn)物之呼吸作用backforward有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的過(guò)程圖解有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的過(guò)程圖解back 講課內(nèi)容就到此結(jié)束，之后的幻燈片只是作為補(bǔ)充內(nèi)容。另一種計(jì)算光合轉(zhuǎn)化效率的方法另一種計(jì)算光合轉(zhuǎn)化效

9、率的方法 光能轉(zhuǎn)化效率是指光合產(chǎn)物中所貯存的化學(xué)能占光合作用所吸光能轉(zhuǎn)化效率是指光合產(chǎn)物中所貯存的化學(xué)能占光合作用所吸收的有效輻射能的百分率。光反應(yīng)中，植物把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)收的有效輻射能的百分率。光反應(yīng)中，植物把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯藏在能貯藏在ATPATP和和NADPHNADPH中。中。 每形成每形成1mol ATP1mol ATP需要約需要約50kJ50kJ能量能量，每形成，每形成1mol NADPH1mol NADPH便有便有2mol 2mol e e從從0.82V(H0.82V(H2 2O/OO/O2 2氧化還原電位氧化還原電位) )上升到上升到0.32V(NADPH0.32V(NADPH

10、電位電位) )。這一過(guò)程的自由能變化為這一過(guò)程的自由能變化為 G= G=nFnFE=E=2 296.596.5( (0.32-0.32-0.82)=0.82)=220kJ220kJ 如果按非環(huán)式電子傳遞如果按非環(huán)式電子傳遞, , 每吸收每吸收8mol8mol光量子形成光量子形成2molNADPH2molNADPH和和3molATP3molATP來(lái)考慮，在光反應(yīng)中吸收的能量按來(lái)考慮，在光反應(yīng)中吸收的能量按680nm680nm波長(zhǎng)的光計(jì)算，波長(zhǎng)的光計(jì)算，則則8mol8mol光量子的能量光量子的能量(E(E) )為：為： E E= =hNC/hNC/8 8=6.626=6.6261010s s6.0

11、236.023(3.0(3.010108 8m ms sm)m)8 =8 =1410kJ 1410kJ 8 mol8 mol光子可轉(zhuǎn)化成的化學(xué)能光子可轉(zhuǎn)化成的化學(xué)能(E(E) (2molNADPH) (2molNADPH和和3molATP) 3molATP) E E=220kJ=220kJ2+50kJ2+50kJ3=590kJ3=590kJ 能量轉(zhuǎn)化率能量轉(zhuǎn)化率= (= (光反應(yīng)貯存的化學(xué)能光反應(yīng)貯存的化學(xué)能/ /吸收的光能吸收的光能) ) =E=E1 1/E/E2 2=590kJ/1410kJ0.42=42%=590kJ/1410kJ0.42=42%線粒體線粒體2C3H4O34H釋放少量能量

12、，釋放少量能量，形成形成2ATP6O220H釋放少量能量，釋放少量能量，形成形成2ATP12H2O釋放大量能量，釋放大量能量，形成形成34ATP細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)C6H12O6 6CO26H2O第一階段第一階段第二階段第二階段第三階段第三階段 不是只有動(dòng)物才會(huì)進(jìn)行乳酸發(fā)酵，馬鈴馬鈴薯的塊莖薯的塊莖 玉米的胚玉米的胚 甜菜塊根也會(huì)進(jìn)行甜菜塊根也會(huì)進(jìn)行乳酸發(fā)酵。大多數(shù)植物進(jìn)行酒精發(fā)酵。乳酸發(fā)酵。大多數(shù)植物進(jìn)行酒精發(fā)酵。 光合作用的實(shí)質(zhì)是將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。光合作用的實(shí)質(zhì)是將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。 根據(jù)能量轉(zhuǎn)變的性質(zhì)，將光合作用分為三個(gè)階段根據(jù)能量轉(zhuǎn)變的性質(zhì)，將光合作用分為三個(gè)階段: :1.1.原初反

13、應(yīng)原初反應(yīng): :光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換成電能；光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換成電能； 2.2.電子傳遞電子傳遞和和光合磷酸化光合磷酸化: :電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S化學(xué)能電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S化學(xué)能; ;3.3.碳同化碳同化: :活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能。活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能。1.PS復(fù)合體復(fù)合體 PS的生理功能是吸收光能，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)的氧化劑，的生理功能是吸收光能，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)的氧化劑，使水裂解釋放氧氣，并把水中的電子傳至質(zhì)體醌。使水裂解釋放氧氣，并把水中的電子傳至質(zhì)體醌。 (1)PS復(fù)合體的組成與反應(yīng)中心中的電子傳遞復(fù)合體的組成與反應(yīng)中心中的電子傳遞 PS是含有多亞基的蛋白復(fù)合體

14、。組成：聚光色素復(fù)合體是含有多亞基的蛋白復(fù)合體。組成：聚光色素復(fù)合體、中、中心天線、反應(yīng)中心、放氧復(fù)合體、細(xì)胞色素和多種輔助因子。心天線、反應(yīng)中心、放氧復(fù)合體、細(xì)胞色素和多種輔助因子。 組成中心天線的組成中心天線的CP47和和CP43是指分子量分別為是指分子量分別為47 000、43 000并與葉綠素結(jié)合的聚光色素蛋白復(fù)合體，它們圍繞并與葉綠素結(jié)合的聚光色素蛋白復(fù)合體，它們圍繞P680，比，比LHC更快地把吸收的光能傳至更快地把吸收的光能傳至PS反應(yīng)中心，所以被稱為中心天反應(yīng)中心，所以被稱為中心天線或線或“近側(cè)天線近側(cè)天線”。PS反應(yīng)中心的核心部分是分子量分別為反應(yīng)中心的核心部分是分子量分別為

15、32 000和和34 000的的D1和和D2兩條多肽。兩條多肽。D1很容易受到光化學(xué)破壞，會(huì)發(fā)生活性逆轉(zhuǎn)。很容易受到光化學(xué)破壞，會(huì)發(fā)生活性逆轉(zhuǎn)。 反應(yīng)中心的次級(jí)電子供體反應(yīng)中心的次級(jí)電子供體Z、中心色素、中心色素P680、原初電子受體、原初電子受體Pheo、次級(jí)電子受體次級(jí)電子受體QA、QB等都結(jié)合在等都結(jié)合在D1和和D2上。上。其中與其中與D1結(jié)合的質(zhì)體醌定名為結(jié)合的質(zhì)體醌定名為QB，與，與D2結(jié)合的質(zhì)體醌定名為結(jié)合的質(zhì)體醌定名為QA。Q有雙重涵義，既是醌有雙重涵義，既是醌(quinone)的字首，又是熒光猝滅劑的字首，又是熒光猝滅劑(quencher)的字首。的字首。 質(zhì)醌質(zhì)醌(PQ)(P

16、Q)也叫質(zhì)體醌，是也叫質(zhì)體醌，是PSPS反應(yīng)中心的末端電子受反應(yīng)中心的末端電子受體，也是介于體，也是介于PSPS復(fù)合體與復(fù)合體與Cyt bCyt b/f/f復(fù)合體間的電子傳遞復(fù)合體間的電子傳遞體。體。 “PQ “PQ庫(kù)庫(kù)” ” ； 葉綠素的葉綠素的5%5%10%10%。 質(zhì)體醌為脂溶性分子，質(zhì)體醌為脂溶性分子，質(zhì)體醌有一個(gè)醌的頭和一個(gè)長(zhǎng)質(zhì)體醌有一個(gè)醌的頭和一個(gè)長(zhǎng)的非極性的尾，尾部使質(zhì)體醌定位于膜中的非極性的尾，尾部使質(zhì)體醌定位于膜中，能在類囊體膜能在類囊體膜中自由移動(dòng)，轉(zhuǎn)運(yùn)電子與質(zhì)子。中自由移動(dòng)，轉(zhuǎn)運(yùn)電子與質(zhì)子。 質(zhì)藍(lán)素質(zhì)藍(lán)素(PC)(PC)是位于類囊體膜內(nèi)側(cè)表面的含銅的是位于類囊體膜內(nèi)側(cè)表面的含銅的蛋白質(zhì)，氧化時(shí)呈藍(lán)色。它