植物学/植物细胞/光合作用
光合作用（来自photo-（光）和synthesis（合成））是植物和某些其他生物获取和将太阳（或光）能转化为化学能的过程。
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所有细胞都需要能量，即完成或完成工作的能力，以便它们保持生存或稳态。如果我们没有能量，我们就无法完成生活中最基本的事情。这些基本的事情包括走路、站立、坐着，甚至心脏跳动。以下是某些细胞需要能量的一些示例
- 能量用于主动运输。
- 合成蛋白质、脂质和碳水化合物需要能量。
- 响应细胞表面的化学信号。
- 细胞运动需要能量。
- 一些生物体，如萤火虫，利用能量产生光。
我们所知道的生命依赖于化学能，即储存在化学键中的能量。能量需要化学结合，以便对细胞代谢有用。生物体获得能量有两种方式
- 自养生物是指不通过食用或吸收其他生物来获取化学能的生物体，而是自己制造化学能。大多数自养生物都是光合自养生物。光合自养生物利用阳光在光合作用过程中合成葡萄糖。植物、原生生物和细菌通常是光合自养生物。启动食物链的自养生物称为生产者。这些生产者被其他生物体食用。被食草动物食用的草就是一个生产者（在这种情况下是光合自养生物）被异养生物食用的例子。
- 异养生物是指无法化学结合自身能量的生物体，因此它们会食用其他生物体或其废物。异养生物也被称为消费者，因为它们在食物链循环中食用其他生物以获取能量。异养生物的例子包括狐狸、猫、蛇、鹰、老鹰、鳄鱼、老虎、狮子，甚至我们：人类！
光合作用将光能/太阳能转化为化学能，因此对生命非常重要。但是，它是怎么工作的呢？让我们首先看看光合作用的化学方程式（反应物在左边，产物在右边）
来自太阳的能量 + 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
在这个过程中，阳光（光子）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）被转化为葡萄糖（C6H12O6）和副产物氧气（O2）。
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- 阳光
不同波长的光被称为色素的分子吸收和反射。在植物中，吸收阳光的绿色色素称为叶绿素。叶绿素存在于叶绿体中，叶绿体是光合作用的场所（在植物中）。
叶绿素吸收太阳能并将其传递给参与光合作用过程的化学物质。阳光包含彩虹的所有颜色（红橙黄绿蓝靛紫）。所有颜色都照射到叶绿素分子上，但只有某些颜色被吸收。叶绿素在可见光谱的蓝紫色和红色部分吸收良好，而叶绿素反射可见光谱中的大部分绿光，使大多数植物呈现绿色。
- 二氧化碳
叶片中的管状结构，称为气孔，控制二氧化碳流入植物和氧气流出植物。这些气体的流动也受保卫细胞的调节，保卫细胞打开和关闭气孔。
- 水
在维管植物中，管状组织将水分输送到植物的不同部位。在非维管植物中，水分无法传导，因此必须从植物周围环境（如土壤）中吸收。
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现在我们有了进行光合作用的必要“成分”，我们可以开始了！光合作用分两个步骤，光反应（也称为：光依赖反应）和卡尔文循环（也称为：暗反应、光非依赖反应、碳固定）。
光反应发生在叶绿体的类囊体膜上。它由两个光系统组成
来自太阳的光子行进 9300 万英里进入类囊体的光系统 II。这会激发叶绿素分子中的电子，这些电子随后被转移到各种“电子受体”周围——每个电子受体都会导致电子的能量状态降低。这些激发电子四处移动会导致 H2O（水）中的电子和氢分子被“捐赠”出来，以取代各种电子受体中激发电子的位置。这会导致氧气作为废物产生，因为水基本上被剥夺了它的氢和电子，只剩下氧分子。随着电子的能量状态降低，一组氢质子从基质转移到腔。
然后，光系统 I 允许类囊体中最终的电子受体 NADP+ 接受非激发电子和一个氢质子来生成NADPH。这就是 NADPH 的来源。同时，在腔中，氢质子在被泵入腔后表现出化学渗透——然后它们被泵回基质，从而导致 ATP 合酶。ATP 合酶然后将 ADP 与几个磷酸基团结合，形成 ATP（三磷酸腺苷 - 能量储存分子）。光反应产生的 ATP 和 NADPH 是卡尔文循环所需的。
光反应的化学方程式如下所示
SL（阳光） + H2O→O2 + NADPH + ATP
光反应的两种副产物 ATP 和 NADPH 被转移到基质，即叶绿体中未被类囊体占据的液体填充区域，以进行卡尔文循环。6 个二氧化碳分子与 6 个 5 碳分子 RuBP（也称为：核酮糖二磷酸、核酮糖-1, 5-二磷酸）反应，形成 12 个 3 碳分子磷酸甘油醛（PGAL），也称为 3-磷酸甘油醛。总的来说，36 个碳被用来与 PGAL 反应。PGAL 和二氧化碳中的电子能量状态不足以自行启动此反应，因此需要能量来源：12 个 ATP 和 12 个 NADPH。
综合以上所有，产生了 12 个 ADP、12 个 NADP+ 和 12 个磷酸基团。NADPH 中的电子能量状态较高。当 NADPH 中的电子能量状态降低时，它有助于通过将能量投入反应来形成 ADP 和 NADP+。ATP 中的电子，当它们的磷酸基团丢失时，能量状态非常高。与 NADPH 一样，当它们进入较低能量状态时，ATP 有助于推动反应。
由于循环会重复利用某些物质，因此卡尔文循环会重复利用大部分 PGAL 来重新生成 RuBP。此循环的“重复利用”部分与开始时一样，需要能量：ATP、ADP 和磷酸基团（不需要 NADPH）。未使用的额外 PGAL 将用于生成葡萄糖，或 C6H12O6（或任何类型的碳水化合物、淀粉或糖）。
卡尔文循环的化学方程式如下所示
CO2 + NADPH + ATP → C6H12O6
