光合作用的步骤

光合作用是将电磁辐射转化为化学能的过程，光能用于将二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气。光合作用产生的碳水化合物不仅为生态系统内的能量传递提供所需的能量，还提供生产多种生物分子所需的碳分子。

光合作用是一种光驱动的氧化还原反应，其中光能用于氧化水，释放氧气和氢离子，然后电子转移到二氧化碳，二氧化碳被还原为有机分子。光合生物被称为自养生物，因为它们可以使用阳光作为能量来源，从二氧化碳和水中生产葡萄糖等化学燃料。其他从其他生物获取能量的物种最终依赖自养生物来获取能量。存在于绿色植物和某些微生物的叶绿体中的绿色色素“叶绿素”是光合作用的关键组成部分。该色素对于“捕捉”阳光至关重要，而阳光则驱动整个光合作用过程。

光合色素

光合色素是吸收电磁辐射、将吸收的光子的能量传递到反应中心，并在能够进行光合作用的生物中引起光化学反应的化合物。光合色素分子很常见，并且始终含有叶绿素和类胡萝卜素。除了叶绿素，光合系统还含有在电子传递中起重要作用的色素——脱镁叶绿素（细菌中为脱镁菌绿素）。此外，在特定的光合系统中可以找到不同的色素，例如植物中的叶黄素。

光合作用的过程/步骤

光合作用的总过程可以客观地分为四个部分或过程

1. 光吸收
   
   • 光合作用的初始阶段是叶绿体中与叶绿体蛋白结合的叶绿素吸收光。
   • 然后，吸收的光能用于从电子供体（如水）中移除电子，从而产生氧气。
   • 电子随后被转移到一个称为醌 (Q) 的初级电子受体，它与电子传递链中的 CoQ 相当。
2. 电子传递
   
   • 电子现在通过叶绿体膜中的一组电子传递分子从初级电子受体传递到最终电子受体，后者通常是 NADP+。
   • 随着电子流经膜，质子被泵出，导致膜两侧形成质子梯度。
3. ATP 的产生
   
   • 质子通过 F0F1 复合物从类囊体腔转移到基质，从而从 ADP 和 Pi 生成 ATP。
   • 这个过程相当于电子传递链中的 ATP 产生步骤。
4. 碳固定
   
   • 在第二步和第三步中产生的 NADP 和 ATP 提供能量，而电子则驱动将碳还原为六碳糖分子的过程。
   • 光合作用的前三个过程直接依赖于光能，因此被称为光反应，而此阶段的反应不依赖于光，因此被称为暗反应。

影响光合作用的因素

Blackman 在研究影响光合作用速率的因素时，提出了“限制因子定律”。根据该定律，生理过程的速率受供应量最小的因素限制。同样，许多因素会影响光合作用的速率，包括：

1. 光线
   
   • 随着光照强度的增加，光依赖性光合反应的速率也会增加，从而光合作用本身的速率也会增加。
   • 随着光照强度的增加，落在叶片上的光子数量也会增加。因此，更多的叶绿素分子被电离，产生更多的 ATP 和 NADH。
   • 达到一定点后，随着光照强度的增加，光合作用的速率保持不变。此时，光合作用受到其他因素的限制。
   • 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下更有效地吸收光能。
2. 二氧化碳
   
   • 二氧化碳浓度的升高会加速光合作用非光依赖性过程中碳向碳水化合物的转化。
   • 因此，提高大气中二氧化碳的含量会迅速提高光合作用的速率，直到受到其他变量的限制。
3. 温度
   由酶催化、光合作用非光依赖性反应是温度依赖性的，而光依赖性反应则不是。