普通生物學/細胞/光合作用
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- 生命史上最重要的反應之一
- 大氣中O2的來源
- 最終導致了有氧呼吸和真核生物
- 負責大部分葡萄糖的產生
- 早期的實驗表明，植物的質量必須來自空氣中的物質，而不是土壤
- 用同位素進行的實驗表明，釋放的氧氣來自水
- 實驗還表明，光線是必不可少的，但一些反應（例如CO2的還原）在黑暗中也會繼續進行
- 植物在光合作用過程中做兩件重要的事情：獲取能量（吸收光線）和合成糖（葡萄糖）。
- 光合作用可以分為兩個系列的化學反應：光反應（光依賴性反應）和暗反應（光非依賴性反應）。在光反應中，光被吸收；在暗反應中，糖被合成。
- 當植物、藻類和自養細菌吸收光能併合成葡萄糖時發生。
- 電磁波譜的一部分
- 由稱為光子的能量單位組成
- 光譜紫外端的光子比紅端的光子能量更高
- 發生在類囊體盤的表面
- 葉綠素和其他植物色素差異性地吸收光子
- 葉綠素a：光能到化學能
- 葉綠素b：輔助葉綠素
- 葉綠素主要吸收藍光和紅光（綠光被反射回來，因此植物呈現綠色）
- 葉綠素是主要的捕光色素
- 以相當高的效率吸收光（即保留能量）
- 輔助色素
- 葉綠素b
- 類胡蘿蔔素
- 捕獲葉綠素無法捕獲的波長光
- 賦予植物葉片其他顏色（秋季顏色也是）
光合作用步驟
- 初級光事件：光子被光系統捕獲，能量轉移到水提供的電子
- 電子傳遞：激發的電子沿著嵌入的一系列電子載體傳遞到質子泵，電子被轉移到受體
- 化學滲透：質子返回到葉綠體的運輸驅動了ATP的合成
光反應的作用
光合作用的光反應發生在葉綠體的類囊體盤上和內部。在光反應中，光能使ATP分子充電。更準確地說，光將葉綠體變成一個酸性電池，這個電池為ATP充電。
“葉綠體電池”如何為ATP充電
基質是葉綠體內部的液體，它帶負電。這意味著它包含大約“無數”個額外的電子。基質的溶劑是水。
類囊體盤內部的液體帶正電，因為它含有大量的氫（H+）離子。這裡的pH值很低，使液體非常酸性。類囊體盤液體溶劑是水。
葉綠體就像一個電池，因為它在兩個不同的隔室中分離了強正電荷和強負電荷。當H+離子（遊離質子）從類囊體盤內部流向基質時，會釋放能量。這是電能，因為它是有帶電粒子的流動。
質子透過類囊體膜中的特殊通道（由蛋白質組成）傳遞；這個反應是“放熱的”。釋放的能量被用來推動這個反應（Pi是磷酸根離子）
ADP + Pi --> ATP
質子可以進入帶負電的基質，但前提是它必須使用能量為ATP充電。由於一個反應想要進行，而另一個反應不想進行，並且由於第一個反應釋放能量，而第二個反應吸收能量，這兩個反應被稱為“耦合”在一起，這樣第一個反應就能推動第二個反應。當然，必須有特定的酶參與才能使這種情況發生。
類囊體盤上的葉綠素分子
數百個葉綠素分子覆蓋類囊體盤的表面，使盤子呈綠色。葉綠素分子的非極性“尾部”嵌入類囊體膜中。
- ATP驅動吸能反應
- NADPH提供氫，用於將CO2還原為碳水化合物（C-H鍵）
- 發生在基質中
- 碳固定的第一步
暗反應的作用
暗反應利用二氧化碳氣體（CO2）、水（H2O）和來自光反應中充電的ATP分子的能量來合成糖。暗反應發生在葉綠體的基質中。暗反應通常在光照下進行，但並非必須如此。它們會在黑暗中進行，直到葉綠體中的ATP供應耗盡（通常大約30秒）。
卡爾文迴圈
卡爾文迴圈是合成糖的代謝途徑的正式名稱。這意味著它涉及大量的化學反應，並且使用許多不同的酶來催化這些反應。
二氧化碳氣體很穩定，因此連線碳原子和氧原子的鍵很強。因此，斷裂這些鍵並將碳原子從氧原子中分離出來需要大量的能量。進行此操作所需的能量來自ATP分子。
當無機碳（如來自CO2）被新增到有機分子（如糖）中時，這被稱為碳固定。
合成一個葡萄糖分子需要卡爾文迴圈完整地執行2次。
本文部分內容來自克利夫蘭州立大學保羅·杜德博士慷慨捐贈的筆記。 詳細部分並非由杜德博士提供。