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生物学:解答生命的重大问题/光合作用/光合作用2

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中等

方程式

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光合作用的总方程式是

6 CO2+ 12 H2O + 光-->C6H12O6 + 6 O2+ 6 H2O 然后方程式可以简化为:6 CO2+ 6 H2O + 光-->C6H12O6 + 6 O2,平衡化学反应后。

方程式用文字来说,六个二氧化碳分子加上十二个分子,在照射下,会生成一个葡萄糖分子、六个氧气分子和六个分子。

光合作用实际上分为两个部分。光反应将光能转化为化学能,而暗反应(也称为光独立反应)则从空气中捕获CO2,并利用它制造糖。

光合作用的光依赖反应

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叶绿体的结构

光依赖反应主要发生在叶绿体的类囊体膜中。它们利用光能制造高能分子NADPH和ATP。


叶绿素吸收光,导致它失去一个电子。该电子被初级电子受体吸收,初级电子受体将其分配到蛋白质复合体中,这些蛋白质复合体像玩热土豆游戏一样将电子从一个分子传递到另一个分子。这被称为电子传递链。当分子传递电子时,它们将氢离子从膜的一侧泵到另一侧。泵入类囊体内部空间(类囊体腔)的高浓度氢离子可以通过称为化学渗透的过程来制造ATP。电子最终被转运到NADP(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)分子上,将该分子转变为NADPH。失去电子的叶绿素分子可以从水中获取电子,将水分解成氢离子和氧气。这就是光合作用释放氧气到空气中的原因。

光反应的目的是制造大量的NADPH和ATP。这些分子储存化学能,用来为暗反应提供能量。细胞需要这种能量,因为制造糖是一项艰巨的任务。

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光合作用的光独立反应

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光独立反应利用二氧化碳(CO2)和水,并利用能量来制造糖。

CO2是一种气体,能量很低。只有一个酶可以抓住CO2并将其固定到一个大分子上以制造糖。这种酶是核酮糖双磷酸羧化酶,但大多数人称其为Rubisco

这种神奇的酶从空气中吸收CO2,并将其固定到五碳分子核酮糖双磷酸上。这会形成一个六碳分子,然后立即分解成两个三碳分子(PGA和3-磷酸甘油酸)。

如果这听起来很复杂,请放心,它会更糟糕。这个过程被称为卡尔文循环,这是一个相当复杂的过程。因为每次循环只进入一个CO2分子,所以这条途径需要六个循环才能生成一个新的葡萄糖分子。

卡尔文循环发生在叶绿体的基质中,生成的3PGA分子被转运出叶绿体,进入细胞质,在那里它们可以用来构建葡萄糖。

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辅助色素

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“在每一片森林,每个春天,都有不同的绿色。” J.R.R. 托尔金

植物除了叶绿素之外,还含有其他色素,包括类胡萝卜素(黄橙色)和花青素(主要是红色)。这些其他辅助色素与叶绿素一起存在于叶片中,这就是秋天树叶颜色变化的原因,因为此时叶绿素无法继续合成。

它们中的许多实际上帮助光合作用,通过吸收叶绿素无法吸收的光波长,并以更低的波长重新发射光,使叶绿素能够再次吸收。吸收和释放光粒子的过程称为光合作用。

详细程度

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简单

  • 为什么植物是绿色的?
  • 为什么树叶在秋天会变色?


高级

  • 激发态
  • 光系统
  • C4植物

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