高中生物光合作用文字素材2 浙教版必修1光合作用中文名称：光合作用 英文名称：photosynthesis 定义1：绿色植物利用光能将其所吸收的二氧化碳和水同化为有机物。 所属学科： 大气科学(一级学科) ；应用气象学(二级学科) 定义2：植物利用光能合成有机物的过程。 所属学科： 生态学(一级学科) ；生理生态学(二级学科) 定义3：光合生物吸收太阳的光能转变为化学能，再利用自然界的二氧化碳和水，产生各种有机物的过程。 所属学科： 生物化学与分子生物学(一级学科) ；新陈代谢(二级学科) 定义4：植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在光的照射下将水和二氧化碳转变为糖类，并释放氧的复杂过程。 所属学科： 细胞生物学(一级学科) ；细胞生理(二级学科) 定义5：绿色植物利用太阳光能将所吸收的二氧化碳和水合成有机物，并释放氧气的过程。 所属学科： 资源科技(一级学科) ；气候资源学(二级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 原理示意图光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。 前言本词条仅阐释普通意义上的光合作用。相关概念（如光合色素、化能合成作用）请参阅其他词条。 1. 光合作用的基本概念1.1 中文解释光合作用（Photosynthesis）是植物、藻类利用叶绿素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化 为有机物，并释放出氧气（细菌释放氢气）的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量，效率为10%20%左右。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。 1.2 英文描述Photosynthesis is the conversion of energy from the Sun to chemical energy (sugars) by green plants. The fuel for ecosystems is energy from the Sun. Sunlight is captured by green plants during photosynthesis and stored as chemical energy in carbohydrate molecules. The energy then passes through the ecosystem from species to species when herbivores eat plants and carnivores eat the herbivores. And these interactions form food chains 2. 光合作用的基本原理光合作用可分为光反应和暗反应（又叫碳反应）两个阶段 光合作用的两个阶段2.1 光反应条件：光照、光合色素、光反应酶。 场所：叶绿体的类囊体薄膜。(色素） 过程：水的光解：2HO4H+O(在光和叶绿体中的色素的催化下）。ATP的合成：ADP+PiATP（在光、酶和叶绿体中的色素的催化下）。 影响因素：光照强度、CO浓度、水分供给、温度、酸碱度等。 意义：光解水，产生氧气。将光能转变成化学能，产生ATP，为暗反应提供能量。利用水光解的产物氢离子，合成NADPH，为暗反应提供还原剂NADPH。 详细过程如下: 系统由多种色素组成，如叶绿素a(Chlorophyll a)、叶绿素b(Chlorophyll b)、类胡萝卜素(Carotenoids)等组成。既拓宽了光合作用的作用光谱，其他的色素也能吸收过度的强光而产生所谓的光保护作用(Photoprotection)。在此系统里，当光子打到系统里的色素分子时，会如图片所示一般，电子会在分子之间移转，直到反应中心为止。反应中心有两种，光系统一吸收光谱于700nm达到高峰，系统二则是680nm为高峰。反应中心是由叶绿素a及特定蛋白质所组成(这边的叶绿素a是因为位置而非结构特殊)，蛋白质的种类决定了反应中心吸收之波长。反应中心吸收了特定波长的光线后，叶绿素a激发出了一个电子，而旁边的酵素使水裂解成氢离子和氧原子，多余的电子去补叶绿素a分子上的缺。然后叶绿素a透过如图所示的过程，生产ATP与NADPH分子，过程称之为电子传递链(Electron Transport Chain)。 2.2 暗反应暗反应的实质是一系列的酶促反应。 条件：暗反应酶。 场所：叶绿体基质。 影响因素：温度、CO浓度、酸碱度等。 过程：不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境的适应的结果。暗反应可分为C3、C4和CAM三种类型。三种类型是因二氧化碳的固定这一过程的不同而划分的。对于最常见的C3的反应类型，植物通过气孔将CO由外界吸入细胞内，通过自由扩散进入叶绿体。叶绿体中含有C5。起到将CO固定成为C3的作用。C3再与NADPH及ATP提供的能量反应，生成糖类（CHO）并还原出C5。被还原出的C5继续参与暗反应。 光合作用的实质是把CO和HO转变为有机物（物质变化）和把光能转变成ATP中活跃的化学能再转变成有机物中的稳定的化学能（能量变化）。 CO+HO（ 光照、酶、 叶绿体）=(CHO)+O 3. 光合作用的详细机制植物利用阳光的能量，将二氧化碳转换成淀粉，以供植物及动物作为食物的来源。叶绿体由于是植物进行光合作用的地方，因此叶绿体可以说是阳光传递生命的媒介。 3.1 原理植物与动物不同，它们没有消化系统，因此它们必须依靠其他的方式来进行对营养的摄取。就是所谓的自养生物。对于绿色植物来说，在阳光充足的白天，它们将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分。 这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为淀粉，同时释放氧气 3.2 注意事项上式中等号两边的水不能抵消，虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电子和氢离子。而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，人们更习惯在等号左右两边都写上水分子，或者在右边的水分子右上角打上星号。 3.3 光反应和暗反应请参见本词条的“基本原理”栏目。 3.4 吸收峰 叶绿素a,b的吸收峰叶绿素a、b的吸收峰过程：叶绿体膜上的两套光合作用系统：光合作用系统一和光合作用系统二，（光合作用系统一比光合作用系统二要原始，但电子传递先在光合系统二开始）在光照的情况下，分别吸收680nm和700nm波长的光子（以蓝紫光为主，伴有少量红色光），作为能量，将从水分子光解过程中得到电子不断传递，（能传递电子得仅有少数特殊状态下的叶绿素a) 最后传递给 辅酶二 NADP+。而水光解所得的氢离子则因为顺浓度差通过类囊体膜上的蛋白质复合体从类囊体内向外移动到基质，势能降低，其间的势能用于合成ATP，以供暗反应所用。而此时势能已降低的氢离子则被氢载体NADP+带走。一分子NADP+可携带两个氢离子，NADP +2e- +H+ =NADPH 。还原性辅酶二 DANPH则在暗反应里面充当还原剂的作用。 3.5 有关化学方程式HO2H- 1/2O（水的光解） NADP+ + 2e- + H+ NADPH（递氢） ADP+PiATP （递能） CO+C5化合物2C3化合物（二氧化碳的固定） 2C3化合物（CHO）+ C5化合物（有机物的生成或称为C3的还原） ATPADP+PI（耗能） 能量转化过程：光能不稳定的化学能（能量储存在ATP的高能磷酸键）稳定的化学能（糖类即淀粉的合成） 注意：光反应只有在光照条件下进行，而只要在满足暗反应条件的情况下暗反应都可以进行。也就是说暗反应不一定要在黑暗条件下进行。 3.6 光反应阶段和暗反应阶段的关系联系：光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是暗反应的基础，光反应阶段为暗反应阶段提供能量（ATP）和还原剂（【H】），暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料。 区别：（见下表） 项目光反应暗反应 实质光能 化学能，释放O同化CO形成（CHO)（酶促反应）时间短促，以微秒计较缓慢 条件需色素、光、ADP、和酶不需色素和光，需多种酶场所在叶绿体内囊状结构薄膜上进行在叶绿体基质中进行物质转化2HO4H+O(在光和叶绿体中的色素的催化下） ADP+PiATP（在光、酶和叶绿体中的色素的催化下）CO+C52C3（在酶的催化下） C3+【H】（CHO）+ C5 （在酶和ATP的催化下）能量转化叶绿素把光能转化为活跃的化学能并储存在ATP中ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能4. 光合作用的要点解析4.1 光合色素和电子传递链组分4.1.1 光合色素 类囊体中含两类色素：叶绿素和橙黄色的类胡萝卜素，通常叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3:1，chla与chlb也约为3:1， 在许多藻类中除叶绿素a,b外，还有叶绿素c,d和藻胆素，如藻红素和藻蓝素；在光合细菌中是细菌叶绿素等。 叶绿素a,b和细菌叶绿素都由一个与镁络合的卟啉环和一个长链醇组成，它们之间仅有很小的差别。类胡萝卜素是由异戊烯单元组成的四萜，藻胆素是一类色素蛋白，其生色团是由吡咯环组成的链，不含金属，而类色素都具有较多的共轭双键。全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中，与蛋白质以非共价键结合，一条肽链上可以结合若干色素分子，各色素分子间的距离和取向固定，有利于能量传递。类胡罗卜素与叶黄素能对叶绿素a,b起一定的保护作用。几类色素的吸收光谱不同，叶绿素a,b吸收红，橙，蓝，紫光，类胡罗卜素吸收蓝紫光，吸收率最低的为绿光。特别是藻红素和藻蓝素的吸收光谱与叶绿素的相差很大，这对于在海洋里生活的藻类适应不同的光质条件，有生态意义。 4.1.2 集光复合体（light harvesting complex） 由大约200个叶绿素分子和一些肽链构成。大部分色素分子起捕获光能的作用，并将光能以诱导共振方式传递到反应中心色素。因此这些色素被称为天线色素。叶绿体中全部叶绿素b和大部分叶绿素a都是天线色素。另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用，叫做辅助色素。 4.1.3 光系统（PS） 吸收高峰为波长680nm处，又称P680。至少包括12条多肽链。位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜上。包括一个集光复合体（light-hawesting comnplex ，LHC ）、一个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体（oxygen evolving complex）。D1和D2为两条核心肽链，结合中心色素P680、去镁叶绿素（ph