光合作用-定义，方程，步骤，过程，图表

表的内容

光合作用的定义

光合作用是指绿色植物和光合细菌利用电磁辐射转化为化学能，并利用光能将二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气的过程。

图像创建使用biorender.com．

光合作用形成的碳水化合物不仅为生态系统内部的能量转移提供必要的能量，而且还提供构成各种生物分子的碳分子。
光合作用是一种光驱动的氧化-还原反应，来自光的能量被用来氧化水，释放氧气气体和氢离子，然后电子转移到二氧化碳，将其还原为有机分子。
光合生物被称为自养生物，因为它们可以利用阳光作为能源，从二氧化碳和水中合成化学燃料，如葡萄糖。
其他从其他生物获得能量的生物最终也依赖自养生物获得能量。
光合作用的基本要求之一是绿色色素“叶绿素”，存在于绿色植物和一些细菌的叶绿体中。
这种色素对“捕捉”阳光至关重要，而阳光又推动了整个光合作用过程。

光合作用方程/反应/公式

绿色植物和含硫细菌的光合作用过程不同。
在植物中，水和二氧化碳一起被利用来释放葡萄糖和氧分子。
在硫细菌的例子中，硫化氢和二氧化碳一起被利用来释放碳水化合物、硫和水分子。

含氧的光合作用

植物光合作用的总体反应如下:

二氧化碳+水+太阳能→葡萄糖+氧气

6公司₂+ 6 h₂O +太阳能→C₆H₁₂O₆+ 6 o₂

或

二氧化碳+水+太阳能→葡萄糖+氧气+水

6公司₂+ 12 h₂O+太阳能→C₆H₁₂O₆+ 6 o₂+ 6 h₂O

存在光合作用

硫细菌的光合作用总体反应如下:

有限公司₂+ 2 h₂S +光能→(CH₂O) + H₂O + 2年代

视频动画:光合作用(速成班)

光合色素

光合色素是参与吸收电磁辐射的分子，将吸收的光子的能量转移到反应中心，在能够进行光合作用的生物体中产生光化学反应。
光合色素分子是相当普遍的，总是由叶绿素和类胡萝卜素组成。
除了叶绿素，光合系统还含有另一种色素，脱叶绿素(bacteriopheophytin)，在光合系统的电子传递中起着至关重要的作用。
此外，其他色素可以在特定的光合系统中找到，如植物中的叶黄素。

图片来源:简单的科学．

叶绿素

叶绿素是一种色素分子，是大多数绿色植物叶绿体中主要的光感受器。
叶绿素由一个卟啉环组成，它与一个离子Mg结合^{2 +}，与叶绿醇链相连。
叶绿素是非常有效的光感受器，因为它们含有单键和双键交替的网络。
在叶绿素中，电子不在特定的原子核内，因此更容易吸收光能。
此外，叶绿素在光谱可见区域也有固体吸收带。
叶绿素既存在于光合细菌的细胞质膜中，也存在于植物叶绿体中的类囊体膜中。

细菌视紫红质

细菌视紫红质是另一类只存在于盐杆菌中的光合色素。
它由附着在视网膜假体基团上的蛋白质组成。
这种色素负责吸收光光子，导致蛋白质的构象变化，从而导致质子从细胞中排出。

藻胆色素

蓝藻和红藻利用藻胆素，如藻红胆色素和藻蓝胆色素作为它们的捕光色素。
这些开链四吡啶具有叶绿素中发现的扩展多烯系统，但没有其循环结构或中心Mg^{2 +}．
藻胆素与特定的结合蛋白共价连接，形成藻胆蛋白，这些蛋白与高度有序的复合体称为藻胆体，构成这些微生物中主要的捕光结构。

类胡萝卜素

除了叶绿素外，类囊体膜还含有次级吸收光的色素，或称辅助色素，称为类胡萝卜素。
类胡萝卜素可以是黄色、红色或紫色。最重要的是β-胡萝卜素，是一种红橙色的类异戊二烯，以及黄色类胡萝卜素叶黄素。
类胡萝卜素吸收叶绿素不能吸收的波长的光，因此是补充光受体。

影响光合作用的因素

布莱克曼在研究影响光合速率的因素时，提出了限制因素定律。这一定律指出，生理过程的速率将受到供应最短缺的因素的限制。同样地，光合作用的速率也受到许多因素的影响，这些因素分别是;

光

随着光强度的增加，光合作用依赖光的反应速率增加，反过来，光合作用速率增加。
随着光强度的增加，落在树叶上的光子数量也会增加。结果，更多的叶绿素分子被电离，产生更多的atp和NADH。
然而，在一个点之后，随着光强度的增加，光合作用的速率保持不变。在这一点上，光合作用受到一些其他因素的限制。
此外，光的波长也会影响光合作用的速率。
不同的光合系统在不同波长上更有效地吸收光能。

二氧化碳

在光不依赖的光合作用中，二氧化碳浓度的增加增加了碳与碳水化合物结合的速率。
因此，增加大气中二氧化碳的浓度会迅速增加光合作用的速率，达到一定程度后，光合作用就会受到其他一些因素的限制。

温度

不依赖光的光合作用反应受温度变化的影响，因为它们是由酶催化的，而不依赖光的反应则不受影响。
当酶达到最佳温度时，反应速率增加，之后随着酶趋于变性，反应速率开始下降。

光合作用的过程/步骤

光合作用的整个过程在客观上可以分为四个步骤/过程:

1.吸收光的

光合作用的第一步是叶绿素吸收光，叶绿素附着在叶绿体类囊体的蛋白质上。
然后利用吸收的光能从电子供体(如水)中除去电子，形成氧气。
电子进一步转移到主要的电子受体奎宁(Q)，在电子转移链中类似于CoQ。

2.电子转移

电子现在通过存在于类囊体膜中的电子转移分子链从初级电子受体进一步转移到最终电子受体，这通常是NADP⁺．
当电子通过膜转移时，质子被泵出膜，导致跨膜的质子梯度。

3.代的ATP

质子从类囊体腔通过F₀F₁复杂的结果从ADP和Pi生成ATP。
这一步与ATP生成的步骤是相同的电子传递链．

4.碳固定

步骤2和步骤3中产生的NADP和ATP提供能量，电子驱动碳还原成六碳糖分子的过程。
光合作用的前三个步骤直接依赖于光能，因此被称为光反应，而这一步中的反应不依赖于光，因此被称为暗反应。

光合作用的类型/阶段/部分

图:光合作用发生在两个阶段:光依赖反应和卡尔文循环。光依赖反应发生在类囊体膜中，利用光能产生ATP和NADPH。卡尔文循环发生在基质中，利用从这些化合物中获得的能量从CO中生成GA3P₂．图片来源:OpenStax(莱斯大学)．

根据对光能的利用，将光合作用分为两个阶段:

1.依赖光反应

光依赖反应的光合作用只发生在植物/细菌被照亮的时候。
在光依赖反应中，光合细胞的叶绿素和其他色素吸收光能并将其保存为ATP和NADPH，同时进化出O₂气体。
在光合作用的光依赖反应中，叶绿素吸收高能量、短波长光，激发存在于类囊体膜内的电子。
电子的激发现在开始将光能转化为化学能。
光反应吸收存在于叶绿体类囊体中的两个光系统。

图:植物细胞类囊体膜中光合作用的光依赖反应。图片来源:维基百科(Somepics)．

光系统II

光系统II是一组蛋白质和色素一起工作，吸收光能，并通过分子链转移电子，直到它最终到达一个电子受体。
光系统II有一对叶绿素分子，也被称为P680，因为分子吸收波长为680 nm的光。
P680吸收光能后提供一对电子，形成氧化态的P680。
最后，一种酶催化水分子分裂成两个电子，两个氢离子和氧分子。
这对电子然后被转移到P680，使它回到初始阶段。

光系统I

光系统I是一个类似于光系统II的复合体，除了光系统I有一对叶绿素分子，称为P700，因为它们最能吸收700纳米的波长。
当光系统I吸收光能时，它也被激发并转移电子。
现在被氧化的P700从光系统II接受一个电子，重新回到初始阶段。
然后光系统I的电子通过铁氧还蛋白在一系列氧化还原反应中传递。
电子最终到达NADP⁺，将它们还原为NADPH。

反应

2 H₂O + 2nadp⁺+ 3adp + 3p_我+光→2nadph + 2h⁺+ 3 atp + o₂

视频动画:光合作用的光反应(跳弹科学)

2.不依赖光的反应(卡尔文循环)

光独立的光合作用反应是合成代谢反应，导致形成性碳化合物，在植物中葡萄糖。这一阶段的反应也被称为暗反应，因为它们不直接依赖于光能，但确实需要光反应形成的产物。

图:卡尔文循环途径概述。图片来源:维基百科(Mike Jones)．

这一阶段包括导致碳固定/同化的3个进一步步骤。

步骤1:CO固定₂为3 -磷酸甘油酸

在这一步，一个CO₂分子由核酮糖1,5-二磷酸羧化酶催化，也称为二磷酸核酮糖羧化酶，共价连接到五碳化合物1,5-二磷酸核酮糖。
这种附着导致形成一种不稳定的六碳化合物，然后裂解成两个3-磷酸甘油酸分子。

步骤2:将3-磷酸甘油酸转化为3-磷酸甘油醛

步骤1中形成的3-磷酸甘油酸通过两个单独的反应转化为3-磷酸甘油醛。
首先，基质中存在的酶3-磷酸甘油酸激酶催化磷酸基从ATP转移到3-磷酸甘油酸，生成1,3-双磷酸甘油酸。
接下来，在叶绿体特异性甘油醛3-磷酸脱氢酶同工酶的催化下，NADPH提供电子，产生甘油醛3-磷酸和磷酸盐(Pi)。
由此产生的大部分甘油醛3-磷酸被用于再生1,5-二磷酸核酮糖。
其余的甘油醛要么在叶绿体中转化为淀粉储存起来供以后使用，要么输出到细胞质中转化为蔗糖运输到植物的生长区域。

步骤3:从磷酸三糖中再生1,5-二磷酸核酮糖

在前面的步骤中形成的三碳化合物通过一系列的转化与三碳、四碳、-、五碳、六碳和七碳糖的中间体转化为五碳化合物，即核酮糖1,5-二磷酸。
作为过程中的第一个分子，如果再生，这一阶段的光合作用导致一个循环(卡尔文循环)。

反应

3公司₂+ 9 atp + 6 nadph + 6 h⁺→甘油醛-3-磷酸(G3P) + 9adp + 8p_我+ 6辅酶ii⁺+ 3 H₂O

一个G3P分子包含三个固定的碳原子，所以它需要两个G3P来构建一个六碳葡萄糖分子。需要6个循环才能产生一个葡萄糖分子。

视频动画:卡尔文循环(跳弹科学)

光合作用的产品

光合作用光依赖反应的结果为:

三磷酸腺苷
NADPH
O₂
H⁺离子

光合作用的不依赖光反应(卡尔文循环)的产物为:

甘油醛-3-磷酸(G3P) /葡萄糖(碳水化合物)
H⁺离子

光合作用的总体产物是:

葡萄糖(碳水化合物)
水
氧气
硫(在光合硫细菌中)

光合作用的例子

绿色植物或含氧细菌的光合作用

在植物和蓝藻等含氧细菌中，光合作用是在绿色色素、叶绿素存在的情况下进行的。
它发生在叶绿体的类囊体中，产生氧气、葡萄糖和水分子等产物。
植物中的大多数葡萄糖单位与形成淀粉、果糖甚至蔗糖有关。

硫细菌的光合作用

在紫色硫细菌中，光合作用在氢硫的存在下进行，而不是在水的存在下进行。
其中一些细菌，比如绿色硫菌，含有叶绿素，而其他紫色硫菌则含有类胡萝卜素作为光合色素。
这些细菌光合作用的结果是碳水化合物(不一定是葡萄糖)、硫气体和水分子。

光合作用的重要性

在自养生物中，光合作用是能量的主要来源，它们利用二氧化碳、阳光和光合色素来制造食物。
光合作用对异养生物同样重要，因为它们从自养生物那里获得能量。
植物的光合作用是维持大气中氧气水平所必需的。
此外，光合作用的产物促进了海洋、陆地、植物和动物的碳循环。
同样，它也有助于维持植物、动物和人类之间的共生关系。
阳光或太阳能是地球上所有其他形式的能源的主要来源，通过光合作用的过程。

人工光合作用

人工光合作用是模拟利用阳光、水和二氧化碳产生氧气和碳水化合物的生物过程的化学过程。

图片来源:理论物理．

在人工光合作用中，光催化剂能够复制自然光合作用中发生的氧化-还原反应。
人工光合作用的主要功能是从阳光中产生太阳能燃料，在没有阳光的条件下可以储存和使用。
随着太阳能燃料的制备，人工光合作用可以用来从水和阳光中产生氧气，从而产生清洁能源。
人工光合作用最重要的部分是水分子的光催化分裂，产生氧气和大量氢气。
此外，光驱动的碳减排也可以进行，以复制自然的碳固定过程，产生碳水化合物分子。
因此，人工光合作用应用于太阳能燃料的生产、光电学、酶的工程和光自养微生物的生产微生物生物燃料和生物氢从阳光。

视频动画:向树叶学习:用人工光合作用变绿

光合作用vs细胞呼吸作用

图片来源:可汗学院．

光合作用	细胞呼吸
光合作用发生在绿色植物、藻类和一些光合细菌中。	细胞呼吸发生在所有生物体内。
光合作用发生在叶绿体的类囊体中。	细胞呼吸的过程发生在线粒体中。
光合作用的反应物是光能、二氧化碳和水。 6公司₂+ 6 h₂O C→₆H₁₂O₆+ 6 o₂	细胞呼吸的反应物是葡萄糖和氧气。 6 o₂+ C₆H₁₂O₆→6有限公司₂+ 6 h₂O
光合作用的产物是二氧化碳、水和能量。	细胞呼吸作用的产物是葡萄糖、氧气和水分子。
光合作用是合成代谢的过程，产生有机分子。	细胞呼吸是一个分解代谢过程，导致有机分子氧化释放能量。
光合作用是一种产生能量利用的内生反应。	细胞呼吸是一种释放能量的放能反应
光合作用只能在有阳光的情况下发生。	细胞呼吸时刻都在发生，因为它不需要阳光。

视频动画:光合作用与细胞呼吸比较(BOGObiology)

常见问题(修订问题)

光合作用发生在哪里?
光合作用发生在叶绿体的类囊体膜上。

光合作用的产物是什么?
光合作用的产物是碳水化合物(葡萄糖)、氧气和水分子。

光合作用的反应物是什么?
光合作用的反应物是二氧化碳、水、光合色素和阳光。

光合作用和细胞呼吸作用有什么关系?
光合作用和细胞呼吸作用本质上是彼此的对立面，光合作用是一个合成代谢的过程，导致有机分子的形成。相比之下，细胞呼吸是一个分解代谢过程，导致有机分子分解释放能量。

参考文献

Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry第5版。纽约:W·H·弗里曼;2002.第17.2节，进入柠檬酸循环及其代谢受到控制。可以从:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22347/
Nelson DL和Cox MM. Lehninger生物化学原理。第四版。
蒙特罗F.(2011)光合色素。见:Gargaud M. et al.(编)天体生物学百科全书。施普林格、柏林、海德堡
刘志强，刘志强，等。《分子细胞生物学》第4版。纽约:w·h·弗里曼;2000.第16.3节，光合阶段和吸光色素。可以从:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21598/

来源

2%——https://quizlet.com/80218949/biochemistry -单元- 4 -光合作用- ii -碳同化-反应- 201 - 202 - flash - cards/
1%——https://www.skuola.net/universita/dispense/la-fotosintesi-1
1%——https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22344/
1%——https://www.answers.com/Q/What_is_the_primary_source_of_all_energy_on_earth
1%——https://study.com/academy/answer/what-are-reactants-of-photosynthesis-a-carbon-dioxide-water-and-sunlight-b-carbon-dioxide-oxygen-and-water-c-sugar-and-oxygen-d-carbon-dioxide-sunlight-oxygen-water-and-sugars.html
1%——https://solar-energy.technology/thermal-solar-energy/uses/solar-fuel
1%——https://quizlet.com/33129462/photosynthesis-flash-cards/
1%——https://phdessay.com/rate-of-photosynthesis-limiting-factors/
1%——https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2f978——3 - 662 - 44185 - 5 - _1205
1%——https://edu.rsc.org/download?ac=12620
1%——https://chhattisgarh.pscnotes.com/biology-booster/photosynthesis-3/
< 1%, https://www.youtube.com/watch?v=PLanjwQAVWE
< 1%, https://www.s-cool.co.uk/a-level/biology/biological-molecules-and-enzymes/revise-it/enzymes
< 1%, https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/photosynthesis
< 1%, https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/3-phosphoglyceric-acid
< 1%, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065237709004049
< 1%, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272814000346
< 1%, https://www.researchgate.net/publication/260031220_The_Light_Reactions_of_Photosynthesis_as_a_Paradigm_for_Solar_Fuel_Production/fulltext/53d110220cf25dc05cfe8bc2/260031220_The_Light_Reactions_of_Photosynthesis_as_a_Paradigm_for_Solar_Fuel_Production.pdf
< 1%, https://www.reference.com/science/photosynthesis-cellular-respiration-related-9baf31689285d840
< 1%, https://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/sose_08/vorles_biophysik_der_zelle/bp_3_3b_photogrundlagen_jr08.pdf
< 1%, https://www.physicsforums.com/threads/light-intensity-and-number-of-photons.358943/
< 1%, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22535/
< 1%, https://www.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/the-calvin-cycle-reactions/a/calvin-cycle
< 1%, https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/exergonic-reaction
< 1%, https://www.dummies.com/education/science/biology/in-charge-of-energy-oxidation-and-reduction/
< 1%, https://www.coursehero.com/sg/introduction-to-biology/steps-of-photosynthesis/
< 1%, https://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/enzyme-catalyzes-transfer-phosphoryl-group-acyl-phosphate-13bpg-adp-atp-3-phosphoglycerate-q41880390
< 1%, https://www.britannica.com/science/ribulose-15-bisphosphate-carboxylase
< 1%, https://www.biotopics.co.uk/a2/light-independent_reactions.html
< 1%, https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zs4mk2p/revision/2
< 1%, https://www.answers.com/Q/Sugars_with_three_to_seven_carbon_atoms_are_called_what
< 1%, https://vivadifferences.com/understanding-cellular-respiration-vs-photosynthesis-10-basic-difference/
< 1%, https://singularityhub.com/2018/02/25/artificial-photosynthesis-is-solar-energys-forgotten-cousin-and-its-making-a-comeback/
< 1%——https://sciencing.com/what——-光-独立-反应- 13712141. - html
< 1%——https://sciencing.com/cellular -代谢-定义-过程- -角色的atp - 13717915. - html
< 1%, https://quizlet.com/7808037/biochem-test-3-flash-cards/
< 1%, https://quizlet.com/77170327/bio-6-7-flash-cards/
< 1%, https://quizlet.com/38463078/photosynthesis-flash-cards/
< 1%, https://quizlet.com/3585800/photosynthesis-flash-cards/
< 1%, https://quizlet.com/339904511/chapter-10-mastering-bio-flash-cards/
< 1%, https://quizlet.com/328819715/chapter-8-flash-cards/
< 1%, https://quizlet.com/304966497/cellular-respiration-and-fermentation-flash-cards/
< 1%, https://quizlet.com/15935692/organisms-flash-cards/
< 1%, https://en.wikipedia.org/wiki/Photosystem_I
< 1%, https://en.wikipedia.org/wiki/Green_sulfur_bacteria
< 1%, https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophylls
< 1%, https://en.wikipedia.org/wiki/Chemiosmosis
< 1%, https://diabetestalk.net/blood-sugar/fates-of-glucose-in-plants
< 1%, https://courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/the-light-independent-reactions-of-photosynthesis/
< 1%, https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Biological_Chemistry/Supplemental_Modules_ (Biological_Chemistry) / / Photosynthesis_overview / The_Light_Reactions光合作用
< 1%, https://byjus.com/biology/photosynthesis/
< 1%, https://brainly.in/question/17895918
< 1%, https://biology-igcse.weebly.com/effect-of-light-intensity-on-the-rate-of-photosynthesis.html
< 1%, https://biodifferences.com/difference-between-photosystem-i-and-photosystem-ii.html
< 1%——https://answersdrive.com/what——————方程- -细胞呼吸-和-反应物和-产品- 574390
< 1%——https://answersdrive.com/what——————产品————光合作用- - - - - - - - -产品- 259718
< 1%, http://www.eschooltoday.com/photosynthesis/dark-and-light-reactions.html
< 1%, http://www.chm.bris.ac.uk/motm/chlorophyll/chlorophyll_v.htm
< 1%——http://home.ku.edu.tr/ okeskin / Biol200 / lecture10-biol.pdf

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