11201 選修生物二-光合作用單元的學科本質(自由能與替代假說)

我們今天要來多認識一些光合作用～

不過重點還是看生物系統中的自由能。

在生物系統中主要會用「濃度（亂度）」與「輕微的氧化還原電位改變」來操弄自由能。

就像我們在高二細胞學中提到的。

但是今天我們會碰到一個改變共價鍵的例子，不過這也就是為什麼這個改變需要有很高外來增量才會發生啦。

從亂度來看，亂度改變了，能量狀態就改變了。

要嘛就是可以用這樣的方式做能量的轉移，要嘛就是一定要滿足能量的要求。

這也是為什麼之前學過，雖然在這樣的物質移動情境中，顯然需要有能量，但是卻不需要細胞自己投入能量。

而這樣的物質情境中，就需要細胞自己投入能量。

在呼吸作用中，我們看到的四大階段，最主要的功能就是把葡萄糖中的自由能釋出，轉移到ATP的系統中。

而光合作用就是剛好反過來。

是要將ATP系統中的自由能，放到葡萄糖系統中。

不過呢，這樣一來，就還要處理ATP系統怎麼得到自由能的喔～

而這個部分就是由光能來提供～

科學家在知道白光其實是由不同波長的色光所組成的，就好奇不同色光對植物光合作用的效率是否有差異呢？

當然在光合作用的反應式中，有氣體的產生，觀察氣體量似乎是個好選擇。
而排水集氣法似乎就是個直觀的實驗方法。

不過在我們高二大家自己設計的實驗中，大家會發現，排水集氣其實不好用，要氣體量很大，才能作為量化方式。

所以植物學家用了一個很巧妙的方式來觀察微量氣體的產生喔。

接下來就是英格曼的實驗介紹～

而後來的生化學家進一步分析跟光合作用有關的色素，發現他們的吸收光譜交疊起來，與整體的作用光譜挺一致的～

再來看看四種色素的結構，

在葉綠素ab的部分，強調結構上屬容易產生共振，所以是稍候我們講解光反應時，主要有電子轉移的部分。

而類胡蘿蔔素則主要講他們是吸收光能後以自由能形式，將能量轉移給葉綠素ab。

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接著就轉移陣地到海報前面了。

光反應的部分，是先使用自由能轉移去看NADPH與ATP的形成

（至於光系統1、2、循環與非循環電子傳遞等，會等到第二節課再說）

因為在高二已經用比較長的時間說電子的轉移造成氫離子在空間上分佈改變，導致自由能累積，所以這邊就講得很快。

比較多時間是在看固碳反應中的自由能變化，還有NADPH與ATP在這裡的功能。

（但先不講化合物名字）

會盡量用化學課學到的概念，合併自由能的概念來讓學生理解。

例如羧基變醛基是還原，自由能是上升的，所以需要能同時提供電子＋自由能的分子來促成。

所以就是NADPH囉～

連同係數講完以後，才會講各化合物的名字。

如果還有一些時間，就會用RuBisCo延伸到光呼吸，然後會講不同的固碳反應

（海報貼在右邊的白板上）

來不及的話就是下一節課說。

第一節課切到這邊

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第二節課用光合作用的科學史來看生物學尋找可能假說的策略

其實一直到1850年以前，這世界上決大部分的人都認為樹是土變成的喔！

歷經一系列的科學家根據觀察提出假說及驗證後，才慢慢找到光合作用的。

這邊我傾向減少實驗細節的描述（但喜歡講的話也可以啦）

主要保留每個實驗的進展，多知道了什麼！

我比較著重是科學家為什麼會想到會有這些可能機制。

因為有假說比較難，有了假說，設計實驗比較簡單（但還是很難，下一張投影片會講）

看看這一連串的策略，很美吧～

（投影片的文字就是我要講的，所以不多寫囉）

再多說一些也可以喔