（1）原理 植物與動物不同，沒有消化系統，所以必須依靠其他方式來進行營養物質的吸收。這就是所謂的自養生物。就綠色植物而言，在白天陽光充足的時候，它們會利用太陽的能量進行光合作用，獲取生長發育所需的營養物質。 在這個過程中起關鍵作用的是內部的葉綠體。葉綠體在陽光照射下，將通過氣孔進入葉片內部的二氧化碳和根部吸收的水分轉化為葡萄糖，同時釋放出氧氣：CO2 + H2O → C6H12O6 + O2 + H2O (2) 註意 上式中等號兩邊的水不能被抵消，盡管從化學角度看這個等式似乎不同尋常。原因是左邊的水被植物吸收，用來制造氧氣並提供電子和氫離子。而右邊水分子中的氧原子則來自二氧化碳。為了更清楚地表達這種原產品的起始過程，人們更習慣於把水分子寫在等號的左右兩邊，或把水分子寫在星號右上角的右邊。 (3）光反應和暗反應（高中生物教科書中稱為暗反應，有的地方稱為碳反應） 光合作用可分為光反應和暗反應兩個步驟 （4）光反應 條件：光、色素、光反應酶 作用部位：液泡膜 影響因素：光照強度、水分供應 植物光合作用的兩個吸收峰 葉綠素 a 和葉綠素 b 的吸收峰 過程：兩套葉綠體膜 光合作用系統：光合作用系統 1 和光合作用系統 2，（光合作用系統 1 比光合作用系統 2 原始，但電子轉移先在光合作用系統 2 進行）在有光的情況下，分別吸收波長為 680 納米和 700 納米的光子，作為能量，將來自水分子的光解光化學電子繼續傳遞、(可將電子傳遞給少數特殊狀態的葉綠素 a），最後傳遞給輔酶 NADP，而水分子光解得到的氫離子因順式濃度差通過類囊體膜上的蛋白質復合物從類囊體向外移動到底物上，勢能降低，該勢能為暗反應合成 ATP 所利用。而此時勢能已經降低的氫離子被氫載體 NADP帶走。壹分子 NADP 可以攜帶兩個氫離子。這種 NADPH+H 離子在暗反應中起到還原劑的作用。 意義：1：光解水（又稱水的光解）產生氧氣。2：將光能轉化為化學能，產生 ATP，為暗反應提供能量。3：利用水光解的產物氫離子，合成 NADPH + H 離子，為暗反應提供還原劑 H（還原氫）。 (5）暗反應（碳反應） 實質是壹系列酶促反應 條件：無光也可進行，暗反應的酶（但因只有發生光反應時才能維持，故不再稱為暗反應） 發生場所：葉綠體基質 影響因素：溫度、二氧化碳濃度 過程：不同的植物，暗反應的過程不壹樣，葉片的解剖結構也不壹樣。這是植物適應環境的結果。暗反應可分為三種類型：C3、C4 和 CAM。這三種類型是根據二氧化碳固定過程的不同而劃分的。 C3 反應類型：植物通過氣孔將二氧化碳從外部吸入細胞，以自由擴散的方式進入葉綠體。葉綠體中含有 C5，它的作用是將 CO2 固定為 C3，然後與 H 和 ATP 提供的能量反應生成糖（CH2O）並還原 C5，C5 繼續參與暗反應。 (6）與光反應和暗反應有關的化學方程式 H20→2H+ 1/2O2 （水的光解） NADP+ + 2e- + H+ → NADPH （氫的提供） ADP+Pi→ATP （能量的提供） CO2+C5 化合物→C3 化合物（二氧化碳的固定） C3 化合物→（CH2O）+ C5 化合物（有機物的生成或稱為 C3 的還原） ATP → ADP + PI （能量消耗） 能量轉換過程：光能 → 不穩定的化學能（能量儲存在 ATP 的高能磷酸鍵中） → 穩定的化學能（合成糖類，即糖的合成。e.,註 光反應只有在光照條件下才能進行，而暗反應，在滿足暗反應條件的情況下才能體現出來。生物體的生命活動都需要消耗能量，這些能量來自生物體內糖、脂類和蛋白質等有機物的氧化分解。有機物在生物體細胞內經過壹系列氧化分解，最終產生二氧化碳或其他產物，並釋放出能量的總過程，稱為呼吸作用（又稱生物氧化作用）。 生物呼吸包括有氧呼吸和無氧呼吸。 有氧呼吸是指細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，將糖類等有機物完全氧化分解，產生二氧化碳和水，同時釋放出大量能量的過程。有氧呼吸是高等動植物進行呼吸的主要形式，因此，通常所說的呼吸就是指有氧呼吸。細胞內有氧呼吸的主要場所是線粒體。壹般來說，葡萄糖是細胞有氧呼吸最常利用的物質。 有氧呼吸的整個過程可分為三個階段：在第壹階段，壹分子葡萄糖被分解成兩分子丙酮酸，分解過程中產生少量氫氣（用[H]表示），同時釋放出少量能量。這壹階段發生在細胞質基質中；在第二階段，丙酮酸在壹系列反應中分解成二氧化碳和氫氣，同時釋放出少量能量。這壹階段在線粒體中進行；在第三階段，前兩個階段產生的氫氣經過壹系列反應後與氧氣結合生成水，同時釋放出大量能量。這壹階段也是在線粒體中進行的。上述三個階段的各個化學反應由不同的酶催化。在生物體內，1 摩爾葡萄糖在完全氧化分解後，****釋放出 2,870 千焦的能量，其中約 1,161 千焦儲存在 ATP 中，其余以熱量的形式散失。 生物進行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。那麽，生物能否在無氧條件下進行呼吸呢？科學家通過研究發現，生物體內的細胞能夠在無氧條件下進行另壹種呼吸--無氧呼吸。 無氧呼吸壹般是指細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用，將葡萄糖等有機物分解成不完全氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。對於高等植物、高等動物和人類來說，這壹過程被稱為無氧呼吸。如果用於微生物（如乳酸菌、酵母菌），則習慣上稱為發酵。細胞的無氧呼吸部位是細胞質基質。為什麽蘋果存放時間長了會有酒味？高等植物在水淹的情況下可以進行短時間的無氧呼吸，將葡萄糖分解成酒精和二氧化碳，並釋放出少量能量，以適應缺氧的環境條件。在劇烈運動時，盡管呼吸運動和血液循環大大加強，但骨骼肌對氧氣的需求仍無法得到滿足，此時，高等動物和人類的骨骼肌會進行無氧呼吸。高等動物和人類的無氧呼吸會產生乳酸。此外，還有壹些高等植物的某些器官在進行無氧呼吸時也能產生乳酸，如馬鈴薯塊莖、甜菜塊莖等。無氧呼吸的整個過程可分為兩個階段：第壹階段與有氧呼吸的第壹階段完全相同；第二階段是丙酮酸在不同酶的催化下分解成酒精和二氧化碳，或分解成乳酸。上述兩個階段的各個化學反應由不同的酶催化。在無氧呼吸中，葡萄糖氧化分解時釋放的能量比有氧呼吸少得多。例如，1 摩爾葡萄糖分解成乳酸後，****釋放出 196.65 千焦的能量，其中 61.08 千焦儲存在 ATP 中，其余能量以熱量的形式散失。 無氧呼吸和有氧呼吸：遠古時代，地球大氣中沒有氧氣，當時的微生物適應在厭氧條件下生活，所以這些微生物（專門的厭氧微生物）體內缺乏氧化酶，至今仍只能在厭氧條件下生活。隨著地球上綠色植物的出現，大氣中出現了氧氣，隨之好氧微生物的體內也出現了有氧呼吸酶系統。可見，有氧呼吸是在無氧呼吸的基礎上發展起來的。雖然現在生物的呼吸形式主要是有氧呼吸，但無氧呼吸的能力仍然保留了下來。從以上分析可以看出，無氧呼吸和有氧呼吸是截然不同的。 無氧呼吸和有氧呼吸的過程雖然截然不同，但也並非完全不同。從葡萄糖到丙酮酸，階段完全相同，只是從丙酮酸開始，它們沿著不同的途徑形成不同的產物：在有氧條件下，丙酮酸被完全氧化分解成二氧化碳和水，整個過程釋放的能量較多；在無氧條件下，丙酮酸被分解成酒精和二氧化碳，或轉化成乳酸，整個過程釋放的能量較少。 硝化細菌是兼性呼吸作用 呼吸作用的意義：對於生物來說，呼吸作用具有非常重要的生理意義，主要表現在以下兩個方面： 第壹，呼吸作用可以為生物的生命活動提供能量。首先，呼吸作用可以為生物的生命活動提供能量。呼吸作用釋放的能量壹部分轉化為熱能而散失，另壹部分儲存在 ATP 中。當 ATP 在酶的作用下被分解後，儲存的能量就會被釋放出來，用於生物體的生命活動，如細胞分裂、植物生長、吸收礦物質元素、肌肉收縮、神經沖動傳導等。其次，呼吸過程可以為體內其他化合物的合成提供原料。在呼吸過程中產生的壹些中間產物，可以成為合成體內某些重要化合物的原料。例如，葡萄糖分解的中間產物丙酮酸就是合成氨基酸的原料。 發酵工程：發酵工程是指利用工程技術，利用生物（主要是微生物）的某些功能，生產對人類有用的生物產品，或讓微生物直接參與控制某些工業生產過程的壹種技術。人們熟悉的利用酵母發酵生產啤酒、果酒和工業酒精，利用乳酸菌發酵生產奶酪和酸牛奶，利用真菌大規模生產青黴素等都是這方面的例子。隨著科學技術的進步，發酵技術也有了很大發展，已進入現代發酵工程階段，可以人為控制和改造微生物，使這些微生物生產出供人類使用的產品。作為現代生物技術的重要組成部分，現代發酵工程具有廣闊的應用前景。例如，利用 DNA 重組技術有目的地改造原有菌株，提高其產量；利用微生物發酵生產藥物，如人胰島素、幹擾素和生長因子等。 呼吸過程：有機物+氧氣（通過線粒體）→二氧化碳+水+能量
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