普通生物学/细胞/光合作用
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- 生命史上最重要的反应之一
- 大气中O2的来源
- 最终导致了有氧呼吸和真核生物
- 负责大部分葡萄糖的产生
- 早期的实验表明，植物的质量必须来自空气中的物质，而不是土壤
- 用同位素进行的实验表明，释放的氧气来自水
- 实验还表明，光线是必不可少的，但一些反应（例如CO2的还原）在黑暗中也会继续进行
- 植物在光合作用过程中做两件重要的事情：获取能量（吸收光线）和合成糖（葡萄糖）。
- 光合作用可以分为两个系列的化学反应：光反应（光依赖性反应）和暗反应（光非依赖性反应）。在光反应中，光被吸收；在暗反应中，糖被合成。
- 当植物、藻类和自养细菌吸收光能并合成葡萄糖时发生。
- 电磁波谱的一部分
- 由称为光子的能量单位组成
- 光谱紫外端的光子比红端的光子能量更高
- 发生在类囊体盘的表面
- 叶绿素和其他植物色素差异性地吸收光子
- 叶绿素a：光能到化学能
- 叶绿素b：辅助叶绿素
- 叶绿素主要吸收蓝光和红光（绿光被反射回来，因此植物呈现绿色）
- 叶绿素是主要的捕光色素
- 以相当高的效率吸收光（即保留能量）
- 辅助色素
- 叶绿素b
- 类胡萝卜素
- 捕获叶绿素无法捕获的波长光
- 赋予植物叶片其他颜色（秋季颜色也是）
光合作用步骤
- 初级光事件：光子被光系统捕获，能量转移到水提供的电子
- 电子传递：激发的电子沿着嵌入的一系列电子载体传递到质子泵，电子被转移到受体
- 化学渗透：质子返回到叶绿体的运输驱动了ATP的合成
光反应的作用
光合作用的光反应发生在叶绿体的类囊体盘上和内部。在光反应中，光能使ATP分子充电。更准确地说，光将叶绿体变成一个酸性电池，这个电池为ATP充电。
“叶绿体电池”如何为ATP充电
基质是叶绿体内部的液体，它带负电。这意味着它包含大约“无数”个额外的电子。基质的溶剂是水。
类囊体盘内部的液体带正电，因为它含有大量的氢（H+）离子。这里的pH值很低，使液体非常酸性。类囊体盘液体溶剂是水。
叶绿体就像一个电池，因为它在两个不同的隔室中分离了强正电荷和强负电荷。当H+离子（游离质子）从类囊体盘内部流向基质时，会释放能量。这是电能，因为它是有带电粒子的流动。
质子通过类囊体膜中的特殊通道（由蛋白质组成）传递；这个反应是“放热的”。释放的能量被用来推动这个反应（Pi是磷酸根离子）
ADP + Pi --> ATP
质子可以进入带负电的基质，但前提是它必须使用能量为ATP充电。由于一个反应想要进行，而另一个反应不想进行，并且由于第一个反应释放能量，而第二个反应吸收能量，这两个反应被称为“耦合”在一起，这样第一个反应就能推动第二个反应。当然，必须有特定的酶参与才能使这种情况发生。
类囊体盘上的叶绿素分子
数百个叶绿素分子覆盖类囊体盘的表面，使盘子呈绿色。叶绿素分子的非极性“尾部”嵌入类囊体膜中。
- ATP驱动吸能反应
- NADPH提供氢，用于将CO2还原为碳水化合物（C-H键）
- 发生在基质中
- 碳固定的第一步
暗反应的作用
暗反应利用二氧化碳气体（CO2）、水（H2O）和来自光反应中充电的ATP分子的能量来合成糖。暗反应发生在叶绿体的基质中。暗反应通常在光照下进行，但并非必须如此。它们会在黑暗中进行，直到叶绿体中的ATP供应耗尽（通常大约30秒）。
卡尔文循环
卡尔文循环是合成糖的代谢途径的正式名称。这意味着它涉及大量的化学反应，并且使用许多不同的酶来催化这些反应。
二氧化碳气体很稳定，因此连接碳原子和氧原子的键很强。因此，断裂这些键并将碳原子从氧原子中分离出来需要大量的能量。进行此操作所需的能量来自ATP分子。
当无机碳（如来自CO2）被添加到有机分子（如糖）中时，这被称为碳固定。
合成一个葡萄糖分子需要卡尔文循环完整地运行2次。
本文部分内容来自克利夫兰州立大学保罗·杜德博士慷慨捐赠的笔记。 详细部分并非由杜德博士提供。