光合作用与细胞呼吸 思维导图
中心主题：能量代谢
光合作用
核心概念： 将光能转化为化学能，储存于有机物中（合成有机物，储存能量）。
| 一级分支 | 二级分支 | 三级分支 / 关键点 |
|---|---|---|
| 概念与场所 | 1 概念 | 绿色植物、藻类、某些细菌利用光能，将CO₂和H₂O合成有机物，并释放O₂的过程。 |
| 2 场所 | 叶绿体 (主要在植物的叶肉细胞中) | |
| 2.1 叶绿体结构 | 外膜、内膜、基质、类囊体 (薄膜堆叠成基粒，含色素和酶) | |
| 反应条件与原料 | 1 条件 | 光能 (必需)、适宜的温度、酶 |
| 2 原料 | 二氧化碳 (CO₂)、水 (H₂O) | |
| 反应过程 | 1 总反应式 | 6CO₂ + 6H₂O ---(光能, 叶绿体)---> C₆H₁₂O₆ + 6O₂ |
| 2 两个阶段 | (1) 光反应 (类囊体薄膜上) | |
| ① 条件： 光、水、ADP、Pi | ||
| ② 物质变化： 水光解 (H₂O → 2[H] + 1/2 O₂)，ATP合成 (ADP + Pi → ATP) | ||
| ③ 能量变化： 光能 → 活跃的化学能 (ATP和[H]) | ||
| ④ 产物： O₂ (释放)、[H] (NADPH)、ATP | ||
| (2) 暗反应 (卡尔文循环) (叶绿体基质中) | ||
| ① 条件： [H]、ATP、CO₂、酶 | ||
| ② 物质变化： CO₂的固定 (CO₂+C₅→2C₃)，C₃的还原 (C₃+[H]+ATP→C₆H₁₂O₆) | ||
| ③ 能量变化： 活跃的化学能 → 稳定的化学能 (葡萄糖) | ||
| ④ 产物： 糖类等有机物 (CH₂O) | ||
| 影响因素 | 1 光照强度 | 光照增强，光合速率增强 (达光饱和点后稳定) |
| 2 CO₂浓度 | CO₂浓度增加，光合速率增强 (达CO₂饱和点后稳定) | |
| 3 温度 | 影响酶活性，存在最适温度 | |
| 4 水分 | 水既是原料，也影响气孔开闭，间接影响CO₂供应 | |
| 意义 | 1 能量来源 | 地球上几乎所有生命体最终能量的来源。 |
| 2 物质来源 | 为生态系统提供有机物 (食物)。 | |
| 3 维持碳氧平衡 | 吸收CO₂，释放O₂，维持大气中O₂和CO₂含量的相对稳定。 |
细胞呼吸
核心概念： 分解有机物，释放能量，生成ATP（分解有机物，释放能量）。
| 一级分支 | 二级分支 | 三级分支 / 关键点 |
|---|---|---|
| 概念与场所 | 1 概念 | 在细胞内，通过酶的催化作用，将有机物彻底分解，释放能量并生成ATP的过程。 |
| 2 主要场所 | 线粒体 (有氧呼吸的主要场所) | |
| 2.1 线粒体结构 | 外膜、内膜 (向内折叠形成嵴)、基质 (含少量DNA和核糖体) | |
| 3 其他场所 | 细胞质基质 (无氧呼吸和有氧呼吸第一阶段) | |
| 反应条件与原料 | 1 条件 | 酶、适宜的温度 |
| 2 原料 | 葡萄糖 (C₆H₁₂O₆) 等有机物 | |
| 反应过程与类型 | 1 有氧呼吸 (主要方式，高效) | |
| ① 总反应式： C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ---(酶)---> 6CO₂ + 6H₂O + 大量能量 (ATP) | ||
| ② 三个阶段： | ||
| - 第一阶段：糖酵解 场所：细胞质基质 过程：葡萄糖 → 2丙酮酸 + 少量 [H] + 少量ATP |
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| - 第二阶段：柠檬酸循环 场所：线粒体基质 过程：2丙酮酸 + 6H₂O → 6CO₂ + 大量 [H] + 少量ATP |
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| - 第三阶段：电子传递链 场所：线粒体内膜 过程：24[H] + 6O₂ → 12H₂O + 大量ATP |
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| 2 无氧呼吸 (无氧或缺氧条件下，产能效率低) | ||
| ① 总反应式 (以乳酸发酵为例)： C₆H₁₂O₆ ---(酶)---> 2C₃H₆O₃ (乳酸) + 少量能量 (ATP) |
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| ② 总反应式 (以酒精发酵为例，如酵母菌)： C₆H₁₂O₆ ---(酶)---> 2C₂H₅OH (酒精) + 2CO₂ + 少量能量 (ATP) |
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| ③ 过程： 第一阶段：与有氧呼吸相同 (糖酵解) 第二阶段：在细胞质基质中，丙酮酸在不同酶的作用下转化为乳酸或酒精和CO₂，不产生ATP。 |
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| 影响因素 | 1 温度 | 影响酶活性，存在最适温度。 |
| 2 O₂浓度 | O₂是有氧呼吸的必需物，对无氧呼吸有抑制作用。 | |
| 3 水分 | 影响细胞代谢活性。 | |
| 4 底物浓度 | 如葡萄糖浓度，在一定范围内，浓度越高，呼吸速率越快。 | |
| 意义 | 1 生命活动供能 | 为各项生命活动 (如物质运输、分裂、分化等) 提供直接能量。 |
| 2 中间产物 | 呼吸作用的中间产物是合成其他物质 (如氨基酸、核苷酸) 的原料。 | |
| 3 维持体温 | 尤其是恒温动物，呼吸作用是产热的主要来源。 |
光合作用与细胞呼吸的对比与联系
| 对比项 | 光合作用 | 细胞呼吸 |
|---|---|---|
| 场所 | 叶绿体 | 线粒体 (主要)、细胞质基质 |
| 条件 | 光能、光照 | 有光无光均可，需酶 |
| 物质变化 | 无机物 → 有机物 (合成) | 有机物 → 无机物 (分解) |
| 能量变化 | 光能 → 化学能 (储存) | 化学能 → ATP (释放) |
| 气体变化 | 吸收CO₂，释放O₂ | 吸收O₂，释放CO₂ |
| 实质 | 同化作用 (合成代谢) | 异化作用 (分解代谢) |
| 联系 (物质与能量循环) | 能量联系： 光合作用将光能储存在有机物中，细胞呼吸则分解这些有机物，将能量释放出来供生命活动利用。 气体联系： 光合作用释放的O₂，可供细胞呼吸利用；细胞呼吸释放的CO₂，可供光合作用利用。 物质联系： 光合作用制造的有机物 (葡萄糖等)，是细胞呼吸的主要底物。 生态系统中的关系： 两者共同构成了自然界中碳循环和氧循环的基础，维持了生态系统的稳定。 |
