【生物科教學尋疑團隊工作坊】「光合作用光反應」教學疑難及建議解答（1）

【生物科教學尋疑團隊工作坊】「光合作用光反應」教學疑難及建議解答（1）
國立新竹高級中學顏孝修實習老師/長庚大學生命醫學系周成功教授責任編輯

●教學疑難問題1
光合作用中的光反應教學主軸與重點為何？其中提及能量從物理能轉換為化學能的概念，與物質的氧化還原過程，這些部分在高一要如何教？

討論建議：
在進行光合作用或呼吸作用教學時，主軸為生物能量的轉換與利用，建議先以生物能量學觀點作切入引導，再搭配合適的比喻方式作講解。可先從生活中常見的生物能量轉換例子作引導，如電鰻將化學能轉換為電能、螢火蟲將化學能轉換為光能等，建立學生能量轉換的概念。

生物能量觀點實際為高能物質為不穩定狀態，對於物質的合成與分解轉換時，常常須先轉換為高能型態後再作變化，使得反應進行較為容易，如糖解作用的葡萄糖，須先加上高能磷酸根，使其高能不穩定狀態後，再分解成三碳醣的低能穩定形態。

●教學疑難問題2
生物教學常講ATP水解可釋放出高能，但實際欲打斷高能磷酸鍵應該為需要耗能的，學生容易產生混淆，該如何釐清？

討論建議：
化學反應中，要打斷鍵結是需要耗能的(鍵能是指氣體狀態打斷化學鍵所需的能量)，但因為ATP分解是在水溶液中發生，ATP水解後所產生的ADP與Pi會和水結合放出能量。因此整體還是一個放能的反應。

●教學疑難問題3
光合作用中的NADPH與能量代幣ATP兩種分子，都可以擔任細胞高能物質，她們的分子有何特殊之處？使用時機又有何不同？

討論建議：
ATP分子含三個帶有負電性的磷酸根，水解後放出適中的能量(約7 Kcal/mole)，很適合作為細胞內化學反應所需能量的供應者。而NADPH帶有高能量的電子，能提供給細胞內化學還原反應所需的能量，產生能量較ATP高。一個NADPH分子經由電子傳遞鏈可以產生2-3個ATP。教學上可建議教師將ATP類比為煤炭，適合一般能量的需求；而NADPH類比為電池，適合特殊形式的能量供應。

●教學疑難問題4
糖解作用中生成的ATP是如何產生的？與化學滲透作用產生ATP的方式有何不同？

討論建議：
ATP合成方式主要分為三大類型：
(1)受質階層磷酸化：酵素直接催化受質ADP磷酸化為ATP的過程，如發生於細胞質中糖解作用所產生的ATP。
(2)光合磷酸化：發生於光合作用光反應，光能可轉化為一系列氧化還原反應的化學能，促使氫離子主動運輸至葉綠囊腔中，待累積建立氫離子濃度梯度後，氫離子便會依循滲透壓梯度，自葉綠囊腔向外滲透至基質中，驅動ADP的磷酸化作用，合成ATP。
(3)氧化磷酸化：發生於呼吸作用的電子傳遞鏈過程，經由葡萄糖氧化產生的NADH或FADH₂進行氧化作用，釋放電子進行一系列的氧化還原作用，促使氫離子主動運輸至粒線體膜間腔中，待建立氫離子濃度梯度後，氫離子便會依循滲透壓梯度，自粒線體膜間腔向內滲透至基質中，驅動ADP的磷酸化作用，合成ATP。