光合作用

光合作用

是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素,在可见光的照射下,将二氧化碳和水转化为碳水化合物,并释放出氧气的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者,是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用,食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量,效率为30%左右。对于生物界的几乎所有生物来说,这个过程是他们赖以生存的关键。而上的碳氧循环,光合作用是其中最重要的一环。

发现

?古希腊哲学家亚里士多德认为,植物生长所需的物质全来源于土中。

?荷兰人范?埃尔蒙做了盆栽柳树称重实验,得出植物的重量主要不是来自土壤而是来自水的推论。他没有认识到空气中的物质参与了有机物的形成。

?1771年,英国的普里斯特利发现植物可以恢复因蜡烛燃烧而变“坏”了的空气。

?1773年,荷兰的英恩豪斯(英格豪斯)证明只有植物的绿色部分在光下才能起使空气变“好”的作用。

?1804年,瑞士的索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳和水是植物生长的原料。

?1845年,德国的迈尔(梅耶)发现植物把能转化成了化学能。

?1864年,德国的萨克斯发现光合作用产生淀粉。

?1880年,美国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所。

?1897年,首次在教科书中称它为光合作用。

原理

植物与不同,它们没有消化系统,因此它们必须依靠其它的方式来进行对营养的摄取。就是所谓的自养生物。对于绿色植物来说,在阳光充足的白天,它们将利用阳光的能量来进行光合作用,以获得生长发育必需的养分。这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下,把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为糖,同时释放氧气::6H2O + 6CO2 + 阳光 → (与叶绿素产生化学作用); C6H12O6 (糖) + 6O2--:上式中等号两边的水不能抵消,虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边的水,是植物吸收所得,而且用于制造氧气和提供电子和氢离子。而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程,人们更习惯在等号左右两边都下写上水分子,或者在右边的水分子右上角打上星号。植物的光合作用可分为光反应和暗反应两个步骤,

光反应

?场所:类囊体

?影响因素:光强度,水分供给

?过程:叶绿体膜上的两套光合作用系统:光合作用系统一和光合作用系统二,(光合作用系统一比光合作用系统二要原始,但电子传递先在光合系统二开始,一二的命名则是按其发现顺序)在光照的情况下,分别吸收700nm和680nm波长的光子,作为能量,将从水分子光解光程中得到电子不断传递,其中还有细胞色素b6/f的参与,最后传递给辅酶NADP,通过铁氧环蛋白-NADP还原酶将NADP还原为NADPH。而水光解所得的氢离子则因为顺浓度差通过类囊体膜上的蛋白质复合体从类囊体内向外移动到基质,势能降低,其间的势能用于合成ATP,以供暗反应所用。而此时势能已降低的氢离子则被氢载体NADP带走。一分子NADP可携带两个氢离子。这个NADPH+H离子则在暗反应里面充当还原剂的作用。

?意义:

? 光解水,产生氧气。

? 将光能转变成化学能,产生ATP,为暗反应提供能量。

? 利用水光解的产物氢离子,合成NADPH及H离子,为暗反应提供还原剂。

详细过程如下:光系统由多种色素组成,如叶绿素a(Chlorophyll a)、叶绿素b(Chlorophyll b)、类素(Catotenoids)等组成。既拓宽了光合作用的作用光谱,其它的色素也能吸收过度的强光而产生所谓的光保护作用(Photoprotection)。在此系统里,当光子打到系统里的色素分子时,会如图片所示一般,电子会在分子之间移转,直到反应中心为止。反应中心有两种,光系统一吸收光谱于700nm达到高峰,系统二则是680nm为高峰。反应中心是由叶绿素a及特定蛋白质所组成(这边的叶绿素a是因为位置而非结构特殊),蛋白质的种类决定了反应中心吸收之波长。反应中心吸收了特定波长的光线后,叶绿素a激发出了一个电子,而旁边的酵素使水裂解成氢离子和氧原子,多余的电子去补叶绿素a分子上的缺。然后叶绿素a透过如图所示的过程,生产ATP与NADPH分子,过程称之为电子传递链(Electron Transport Chain)。电子传递链分为两种,循环(cyclic)和非循环(noncyclic) 1

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