光合作用 (2)

光合作用光合作用 光合作用 Photosynthesis 即光能合成作用 是指含有叶绿体绿色植物 动物和某些细 菌 在可见光的照射下 经过光反应和碳反应 旧称暗反应 利用光合色素 将二氧化碳 或硫化氢 和水转化为有机物 并释放出氧气 或氢气 的生化过程 同时也有将光能 转变为有机物中化学能的能量转化过程 光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和 是生 物界赖以生存的基础 也是地球碳 氧平衡的重要媒介 定义定义 光合作用 Photosynthesis 是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌 如带紫膜的 嗜盐古菌 利用其细胞本身 在可见光的照射下 将二氧化碳和水 细菌为硫化氢和水 转化为储存着能量的有机物 并释放出氧气 细菌释放氢气 的生化过程 同时也有将光 能转变为有机物中化学能的能量转化过程 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 以吸收到植物及细菌所贮存的能量 效率为 10 20 左右 对于生物界的几乎所有生物来 说 这个过程是它们赖以生存的关键 而地球上的碳氧循环 光合作用是必不可少的 作用机制作用机制 作用原理 植物与动物不同 它们没有消化系统 因此它们必须依靠其他的方式来进行对营养的摄取 植物就是所谓的自养生物的一种 对于绿色植物来说 在阳光充足的白天 在光照强度太 强的时候植物的气孔会关闭 导致光合作用强度减弱 它们利用太阳光能来进行光合作用 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淀粉等物质 同时释放氧气 光合作用是将太阳能转化为 ATP 中活跃的化学能再转化为有机物中稳定的化学能的过程 化学方程式 CO2 H2O CH2O O2 反应条件 光能和叶绿体 12H2O 6CO2 阳光 C6H12O6 葡萄糖 6O2 6H2O 与叶绿素产生化学作用 化学反应式 12H2O 6CO2 C6H12O6 葡萄糖 6O2 6H2O 标条件是酶和光照 下面是叶绿 体 H2O 2H 2e 1 2O2 水的光解 NADP 2e H NADPH 递氢 ADP Pi 能量 ATP 递能 CO2 C5 化合物 2C3 化合物 二氧化碳的固定 2C3 化合物 4NADPH C5 糖 有机物的生成或称为 C3 的还原 C3 一部分 C5 化合物 C3 再生 C5 C3 一部分 储能物质 如葡萄糖 蔗糖 淀粉 有的还生成脂肪 ATP ADP Pi 能量 耗能 C3 某些 3 碳化合物 C5 某些 5 碳化合物 能量转化过程 光能 电能 ATP 中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 ATP 中活跃的 化学能 注 因为反应中心吸收了特定波长的光后 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 分子上缺的 产生 ATP 与 NADPH 分子 这个过程称为电子传递链 ElectronTransportChain 电子传递链分为循环和非循环 非循环电子传递链从光系统 2 出发 会裂解水 释放出氧气 生产 ATP 与 NADPH 循环电子传递链不会产生氧气 因为电子来源并非裂解水 最后会生成 ATP 可见 从叶绿素 a 吸收光能开始 就发生了电子的移动 形成了电子传递链 有了电子传 递链 才能使得 ATP 合成酶将 ADP 和磷酸合成 ATP 因此 它的能量转化过程为 光能 电能 不稳定的化学能 能量储存在 ATP 的高能磷酸键 稳定的化学能 淀粉等 糖类的合成 注意 光反应只有在光照条件下进行 而只要在满足碳反应条件的情况下碳反应都可以进 行 也就是说碳反应不一定要在黑暗条件下进行 注意事项注意事项 12H2O 6CO2 阳光 与叶绿素产生化学作用 C6H12O6 葡萄糖 6O2 6H2O 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 在等号左右两边都写上水分子 有时会在 CO2 和右边的 H2O 的氧原子上打星号 表示右边 的水分子的氧原子来自二氧化碳 是由同位素追踪法得来 反应阶段反应阶段 光合作用可分为光反应和碳反应 旧称暗反应 两个阶段 光反应 条件 光照 光合色素 光反应酶 场所 叶绿体的类囊体薄膜 蓝细菌等微生物的反应场所在细胞膜 色素所在地 光合作用的反应 原料 光 产物 水 氧气 光和叶绿体是条件 能量 储存在 ATP 中 还原氢 NADPH 叶绿体 过程 水的光解 2H2O 4 H O2 在光和叶绿体中的色素的催化下 ATP 的合成 ADP Pi 能量 ATP 在酶的催化下 影响因素 光照强度 CO2 浓度 水分供给 温度 酸碱度 矿质元素等 意义 光解水 产生氧气 将光能转变成化学能 产生 ATP 为碳反应提供能量 利用水光解的产物氢离子 合成 NADPH 还原型辅酶 为碳反应提供还原剂 NADPH 还原型辅酶 碳反应 条件 多种酶 场所 叶绿体基质 过程 碳的固定 C5 CO2 2C3 在酶的催化下 C3 H CH2O C5 在 ATP 供能和酶的催化下 影响因素 温度 CO2 浓度 光反应和碳反应比较 联系 光反应和碳反应是一个整体 二者紧密联系 光反应是碳反应的基础 光反应阶 段为碳反应阶段提供能量 ATP NADPH 和还原剂 NADPH 碳反应产生的 ADP 和 Pi 为光 反应合成 ATP 提供原料 区别 见下表 项 目 光反应碳反应 暗反应 实 质 光能 化学能 释放 O2同化 CO2 形成 CH2O 酶促反应 时 间 短促 以微秒计较缓慢 条 件 需色素 光 ADP 和酶不需色素和光 需多种酶 场 所 在叶绿体内囊状结构薄膜上进行在叶绿体基质中进行 物 质 2H2O 4 H O2 在光和叶绿体中 的色素的催化下 ADP Pi AT