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叶绿体的结构和功能，光合作用（光反应+暗反应）过程中的物质和能量变化均是高考重点考察的内容。其中近两年以光反应以及暗反应代谢机制作为问题情境题是高考考查的热点，也是难点。主要考查考生分析问题的科学思维过程，运用科学探究解决问题的思路与方法，为考生展现其批判性思维和创造性思维提供机会，并通过材料学习类的试题考查考生对非连续文本的信息提取等学习能力。

考点一叶绿体的结构

叶绿体的形态与结构

绿色植物光合作用的场所是叶绿体。叶绿体由双层膜包被，每层膜厚6~8nm，外膜与内膜之间有10~20nm宽的膜间隙。两层膜均由单位膜（由脂质双层及嵌合蛋白质构成的一层生物膜）组成，具有选择透过性。叶绿体膜内的基础物质称为基质。基质中悬浮着复杂的膜片层系统，其基本单位是由单位膜封闭形成的扁平小囊，称为类囊体（也称片层）。类囊体有规律地垛叠在一起形成好似一摞硬币的结构被称为基粒类囊体。贯穿在两个或两个以上基粒之间没有发生垛叠的类囊体，称为基质类囊体。相邻基粒由基质类囊体链接在一起,使类囊体腔之间彼此相通,因而,一个叶绿体内的全部类囊体实际上是一个连续的封闭的三维结构。

类囊体膜上有多种蛋白复合体，包括光合电子传递体和光合色素蛋白质复合体，是光合作用中进行光反应的结构。类囊体膜上的光合色素负责在光合作用中吸收光能，这种膜片层系统极大地增加了光合作用中的受光面积，提升了光合作用的效率。叶绿体的基质中有可溶性的蛋白（酶）以及其他活跃的代谢物质，其中包括光合作用中催化碳固定的酶系统，因此，光合作用中二氧化碳的固定、还原是在叶绿体基质中完成的。基质中还存在叶绿体自身的DNA、RNA和核糖体，能够自主进行遗传物质的传递以及蛋白质的合成。

考点二光反应与电子传递链

光反应发生在叶绿体类囊体膜上，必须在有光的条件下才能进行。光合色素和与光反应有关的酶就分布在类囊体薄膜上。镶嵌在类囊体膜上的色素分子整齐的排列在一起，它们能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子，使水分解成H⁺和O₂，O₂扩散进入大气。

光反应-电子传递链

光合作用-光反应过程

色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质（光系统Ⅱ → 质体醌 → 细胞色素bf复合物 → 质体蓝素 → 光系统Ⅰ → 铁氧还蛋白 → NADP还原酶）俘获，这些蛋白质利用电子携带的能量将H⁺从叶绿体基质泵入类囊体腔，并最终把电子传递给NADP⁺（氧化型辅酶Ⅱ）,NADP⁺获得电子后与H⁺结合，生成NADPH（即还原型辅酶Ⅱ,，常表示为[H]）。类囊体膜上嵌有ATP合成酶（ATP合酶），类囊体腔中的H⁺顺浓度梯度经ATP合成酶返回叶绿体基质，推动ATP的合成。

暗反应过程

在暗反应阶段中，绿叶细胞从外界吸收的CO₂进入叶绿体基质，与细胞中的一种五碳化合物（C₅）结合，形成两个三碳化合物（C₃），这个过程称为CO₂的固定。在有关酶的催化下，C₃接受光反应阶段提供的物质和能量（ATP/NADPH）,经过一系列生化反应，部分转变为糖类，另一部分又形成C₅，继续参与CO₂的固定。

暗反应是由酶催化的一系列复杂的生化反应。在这一过程中，将光反应过程中形成的ATP和NADPH中的化学能，转化为存储在糖分子中的化学能。

ATP和NADPH是联系光反应和暗反应的纽带。光反应和暗反应是两个相对独立的过程。光反应高度依赖光照，暗反应不需要光照，但依赖于光反应提供的ATP和NADPH，暗反应消耗ATP和NADPH后生成的ADP和NADP⁺又是光反应不可缺少的原料。光反应和暗反应共同构成了生物圈最重要的化学反应——光合作用。

光合作用的实质是植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获光能，这些能量在CO₂和H₂O变为糖与O₂的过程中，转换并存储为糖分子中的化学能。

高考高频考点提炼

考点1：光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。

考点2：电子(e－)经过电子传递链传递路径：质体醌→细胞色素bf复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。

考点3：电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递，由于光能的作用进行逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，细胞色素复合物利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。NADPH中贮存的一部分吸收转化的光能。

考点4：类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。

高考真题+模拟题精选精炼

1. 【2022山东高考·16题（不定项）】在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是（ ）

A．4℃时线粒体内膜上的电子传递受阻

B．与25℃时相比，4℃时有氧呼吸产热多

C．与25℃时相比，4℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多

D．DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低，生成的ATP减少

答案：BCD

2.

【2021年新高考生物.湖南.18题】图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：

（1）图b表示图a中的______结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H⁺和e-，光能转化成电能，最终转化为______和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP⁺减少，则图b中电子传递速率会______（填“加快”或“减慢”）。

（2）为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP⁺为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示：

①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以_________（填“Fecy”或“DCIP”）为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是_________。

②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于_________，从而提高光反应速率。

③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释_________。

【答案】

(1). 类囊体膜 (2). NADPH (3). 减慢(4). Fecy (5). 实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DCIP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用 (6). 类囊体上的色素吸收光能、转化光能 (7). ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低

【评析】

湖南省生物卷18题第2小题属于让学生在新情境中解决问题类题目，此类题目综合性强，难度大。试题创设科研情境，通过设置不同层次的任务，从不同侧面考查学生的科学思维习惯和能力。要求学生能够基于事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学的思维方法认识事物、解决实际问题。试题解答的过程也是科研问题解决的过程，在学习过程中逐步发展科学思维。

高考模拟题

1.（2022·福建泉州·二模）化学渗透学说认为，在线粒体内膜上存在电子传递链，在电子传递过程中，NADH脱下的H＋转运至线粒体的内、外膜之间的膜间隙中，形成H＋的质子梯度。H＋顺浓度梯度沿ATP合成酶复合体的质子通道进入线粒体基质，并将ADP和Pi合成ATP。有关过程如下图所示，下列相关叙述，错误的是（ ）

A．ATP合成酶复合体既具有催化功能又具有运输功能

B．H＋通过ATP合成酶复合体进入线粒体基质属于主动运输

C．硝化细菌能进行有氧呼吸推测其细胞膜上可能存在电子传递链

D．NADH中的能量可通过H+的电化学势能转移到ATP中

答案：B

2.（2022·浙江·二模）下图中的I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、AOX、UQ表示在真核细胞中需氧呼吸的第三阶段参与电子传递的蛋白质复合体或脂溶性物质复合体。其中H通过I、Ⅲ、Ⅳ逆浓度梯度运输，建立膜质子（H+）势差，驱动ATP合成酶和UCP发挥作用使膜两侧的质子（H+）势差转变成其他形式的能量。下列叙述错误的是（ ）

A．图示中的有机物可以是葡萄糖

B．H+通过UCP的跨膜运输是一种协助扩散

C．若膜上的UCP含量增多，则ATP的合成速率将下降

D．图示蛋白复合体所在结构为线粒体内膜，上侧是膜间隙

答案：A