氧原子 失踪标记法光合作用和细胞呼吸中碳氧原子的去向

题目：

失踪标记法光合作用和细胞呼吸中碳氧原子的去向

解答：

光合作用与呼吸作用反应式在中学生解题中应用较广泛.反应式不但能简明反映有机物及能量代谢的原料和产物,同时亦能反映出参与反应的各分子中原子的来龙去脉.本人在多年教学过程中发现有相当一部分同学对这两个反应式不能很好掌握,甚至有些同学认为是简单的逆转,就这两个反应式谈谈自己的看法. 呼吸作用所分解的有机物正是光合作用合成的有机物. 呼吸作用所释放的能量正是光合作用所贮存的能量. 呼吸作用所产生的二氧化碳和水正是光合作用所需要的原料 从上面两个反应式看,光合作用的原料刚好是呼吸作用的产物,光合作用的产物又是呼吸作用的原料.看上去很象是简单的逆转,但它们是截然不同的复杂过程. 就光合作用来看,它经过复杂的光反应和暗反应过程.它的发现是始于1771年,历经70年后,科学家完成了光合作用的反应简式为： 使用多年后为了方便,简化为： 式中（CH2O）表示糖类.这个简式容易产生一些误解.如式中产生氧气的氧原子数是水能提供的氧原子的两倍,容易使人想到是从二氧化碳来的.1941年科学家用小球藻（一种单细胞绿藻）做实验,将同位素[18O]引入水分子中,用来标记水分子中氧原子,然后测定光合作用所释放的氧来自二氧化碳还是水.实验结果；光合作用所放的氧是来自水分子的,而葡萄糖中的碳和氧是来自二氧化碳的,氢是来自水分子的.实质上,反应物中水的光解所产生的氢一方面可用于暗反应中还原二氧化碳为糖类,同时亦可形成水分子. 由此看来,光合作用反应式应有所改变,才更合于实际. 就呼吸作用来看,它经过复杂的糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个过程.起初反应式是： 这个简式亦易引起误解.如式中产生的水的氧原子数是氧气提供的氧原子数的一半,容易认为产物二氧化碳中的氧是由氧气提供的.实际上,二氧化碳的放出是呼吸作用过程第二阶段（三羧酸循环阶段）产生的,其中碳和氧原子均来自葡萄糖中.而氧气的利用是呼吸作用过程的第三阶段（氧化磷酸化阶段）才开始的,与二氧化碳的放出无直接关系.全过程可总结如下三步化学反应： ①C6H12O62CH3COCOOH（丙酮酸）+4〔H〕+2ATP ②2CH3COCOOH+6H2O6CO2+20〔H〕+2ATP ③24〔H〕+6O212H2O+34ATP 将以上①②③式综合为： C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+38ATP 因此,呼吸作用反应式应有所改变,才更合于实际： C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量 掌握光合作用和呼吸作用的反应式,使学生对绿色植物的有机物及能量代谢的理解会更深刻,同时对解有关这类题目亦有很大帮助.例如,用含18O的二氧化碳作原料,让一株植物进行光合作用.这株植物通过呼吸作用产生的二氧化碳和水中,含有18O的是：(A)水 (B)二氧化碳 (C)水和二氧化碳 (D)水和二氧化碳都没有 解析：二氧化碳作为光合作用的原料,其中氧原子将进入产物糖类中,而该糖类作为该植物呼吸作用的原料,其中的氧将在产物二氧化碳中出现,而水中则没有.故选(B) 当然,就光合作用与呼吸作用反应式本身并不完善,用一个反应式来表示其复杂的生理过程亦是很困难的.但搞清反应式中分子的来龙去脉却是十分必要的.