光合作用和细胞呼吸之间的关系

试题研究：光合作用中碳反应需要的ATP能不能有线粒体提供？这一直是我困惑的问题，也没有找到资料明确说明。一般的观点认为，碳反应需要的ATP应该有光反应提供，按照这样的说法，细胞呼吸产生的ATP和光反应产生的ATP，难道是贴上标签的？通过2018年的江苏高考试题发现，碳反应的ATP可以来自于细胞呼吸。

但是，碳反应中三碳酸还原的进行只有ATP供能还不行，还需要NADPH提供还原剂（也同时提供少量能量），因此，没有光反应的进行，碳反应还是不能进行。

江苏高考试题改编：下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图，请回答下列问题：

（1）甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为 ______，其中大多数高等植物的 ______需在光照条件下合成。

（2）在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在 ______（填场所）组装；核编码的Rubisco（催化CO2固定的酶）小亚基转运到甲内，在______（填场所）组装。

（3）甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为 ______后进入乙，继而在乙的 ______（填场所）彻底氧化分解成CO₂；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的 ______（填场所）转移到ATP中。

（4）乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括 ______（填序号）。

①三碳酸的还原     ②内外物质运输     ③H₂O裂解释放O₂     ④酶的合成

答案：（1）叶绿素、类胡萝卜素    叶绿素（2）类囊体膜上   基质中（3）丙酮酸   基质中    内膜上化   （4）①②④ 

解析：（1）据图可知，甲表示叶绿体，是光合作用的场所，参与光合作用的两类色素是叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素需要在光照条件下合成。

（2）光反应的场所是类囊体薄膜，因此细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到叶绿体内，在囊体薄膜上组装；二氧化碳的固定发生在叶绿体基质中，因此核编码的Rubisco（催化CO₂固定的酶）小亚基转运到叶绿体内，在叶绿体基质中组装。

（3）在氧气充足的条件下，叶绿体产生的三碳糖在细胞溶胶中分解为丙酮酸，然后进入线粒体基质中，彻底氧化分解成CO₂；据图分析，图中叶绿体中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在线粒体内膜上转移到ATP中。 

（4）叶绿体光反应产生ATP，因此图中线粒体为叶绿体提供的ATP用于光反应以外的生命活动，如三碳酸的还原、内外物质运输、酶的合成等，而H₂O裂解释放O₂属于光反应。