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光合作用是植物、藻类和蓝藻将光能转化为化学能的过程

塞缪尔·奥斯汀 (Samuel Austin) 编辑和调整大小的图像可在 Unsplash 上找到

光合作用这个词的意思是光合成，是指地球上最重要的生物过程之一。通过释放氧气和消耗二氧化碳，光合作用将世界变成了我们今天所知的宜居环境。此外，这个过程是所有生物的主要能量来源。

1779 年，荷兰物理学家 Jan Ingenhousz 第一个发现植物在阳光下会产生氧气，被认为是光合作用的发现者。 1782 年，Jean Senebier 补充说，除了阳光之外，光合作用还使用二氧化碳。 1818 年，Maria Pelletier 和 Joseph Caventou 创造了术语“叶绿素”，指的是具有光感受器酶的绿色色素，可促进光合作用。

什么是光合作用

光合作用可以定义为将光能转化为化学能的过程。它由植物、藻类和蓝藻进行，它们被归类为自养和光合生物，因为它们能够从光中生产自己的食物。

光合作用的重要性

正如我们所知，光合生物产生的氧气对于维持地球上的生命至关重要。此外，光合作用产生的产物塑造了人类的物质历史，因为它们产生了石油、天然气、纤维素、木炭和木柴等资源。这些资源的存在是将阳光转化为能量储备（光合作用），然后是其他地质和技术过程的结果。

光合作用方程

光合作用是一个漫长而复杂的过程，可以概括为以下等式：

• 6CO2 +12H2O + 光 → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

光合作用发生的地方

在植物和藻类中，光合作用发生在叶绿体内部。在蓝细菌中，它是通过存在于细胞质液体部分的膜状薄片进行的。

叶绿体是具有外膜和内膜的细胞器。它的内部有膜状薄片，与称为类囊体的小口袋相连。内部空间充满了基质，这是一种粘性流体，其中包含有助于光合作用过程的 DNA、核糖体和酶。正是在这些类囊体和薄片中发现了叶绿素。

光合作用步骤

光合作用可分为两个阶段：光化学阶段和化学阶段。

光化学相仅在有光的情况下发生，并且发生在类囊体和膜状薄片中。它的主要功能是将光能转化为化学能。它由两个主要过程组成：水光解和光磷酸化。

化学阶段不依赖于光，而是在叶绿体的另一部分，即基质中进行。在其中，前一阶段的产物光化学与大气中的二氧化碳结合产生葡萄糖、水和淀粉，即所谓的卡尔文-本森循环。

光化学相

水光解

水的光解是光合作用的第一阶段，是接收到的光能促进水分子分解，产生氧气、电子和 H+ 气体的时刻。气态氧被释放到大气中，而游离氢分子 (H+) 被称为 NADP+ 的化合物吸引，产生 NADPH，它将用于化学阶段以构建葡萄糖分子。

• H2O ⇾ 2H+ + 2 个电子 + ½ O2
• NADP+ + H+⇾ NADPH

光磷酸化

ATP 的形成发生在光磷酸化中，从使用光能将无机磷酸盐 (Pi) 添加到 ADP 分子（二磷酸腺苷）。 ATP分子构成了生物合成的化学能的主要形式。这一光磷酸化步骤与水的光解同时发生，它们中的每一个都会产生将用于下一阶段光合作用的产物。

这一步用公式表示：ADP + Pi ⇾ ATP

化学相

光合作用的最后一个阶段是使用来自环境或植物细胞呼吸中的二氧化碳的化学阶段，并使用前一阶段产生的两种化合物：ATP 和 NADPH。正是在这个阶段发生了所谓的卡尔文-本森循环，这是一系列产生葡萄糖、水和淀粉的反应。

结论

光合作用是将上述两个阶段（光化学阶段和化学阶段）结合起来的结果。地球上的所有生命形式都在某种程度上依赖于光合作用产生的产物：氧气和葡萄糖。此外，光合作用是大气成分平衡的基础。