绿色植物的光合作用 光合作用是怎样具体进行的？

绿色植物的光合作用 光合作用是怎样具体进行的？绿色植物的光合作用(光合作用具体是如何进行的？)

春夏交流之间，阳光明媚，处处充满活力。即使我们现在处于的封锁之下，生活的故事又开始萌芽了！

当我第一次了解到植物的光合作用可以产生我们赖以生存的能量物质(糖类)时，我一直在做梦:如果人只靠晒太阳就“饱”了，会美吗？

很显然，这只是我年轻的时候，毫无基础的漫无目的的做梦。

然而，事实上，许多伟大的科学家已经“想象”出了这个想法。

对于光合作用的重大科学研究，诞生了6个诺贝尔奖，可见光合作用对人类认知世界的重要性。

(编者按:里面包含了很多专业词汇。不懂也没关系，赶紧跳过就好。)

17世纪以前，人们看到植物把根插入土壤，于是不假思索地认为植物生长的所有要素都应该来自土壤。

17世纪中期，荷兰科学家范·赫耳蒙特在一个大罐子里种了一棵柳树，然后不断地给它浇水。柳树长大后，他称柳树的重量，得到75公斤，但土壤基本保持不变，只有0.1公斤的差异。

赫耳蒙特测试。

赫耳蒙特想知道额外的74.6公斤植物应该从哪里来。然而，不幸的是，他只是认为这部分重量来自灌溉水。

1771年，英国化学家JPriestley把老鼠和蜡烛放在一个封闭的钟罩里，老鼠很快就会死去，蜡烛也会熄灭。之后，他把植物放进密闭的钟罩里，老鼠没死，蜡烛也不灭。

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因此，Priestley总结道:“植物可以净化空气！”

然而，普里斯特利感到不安的是，他后来重复了许多实验，结果并不总是得出一致的结论。

那是因为他第一次做实验的时候，是在光照下做的，而其他实验不是在光照下进行的。

后来，荷兰医生J. Ingenhousz通过多次实验指出了这一点。

也就是从那时起，光合作用被人类发现。

1782年，瑞士人让·斯涅比尔用化学方法发现，二氧化碳是光合作用的必要物质，氧气是光合作用的产物。

1804年，瑞士的索绪尔通过详细的测试和称重证明了水参与了光合作用。

1864年，J. V .萨克斯发现当叶子暴露在碘中时会变蓝，这证明光合作用形成碳水化合物(淀粉)。

也就是说，人们到了这里，基本上就知道光合作用的原料是空气体中的二氧化碳和土壤中的水，通过光照产生的产物是糖和氧。

然而，光合作用的具体机制仍不清楚。

上世纪初，随着显微镜等技术的发展，1915年，威尔斯塔特终于提取出了植物光合作用的结构单元——叶绿体。

因此，威尔斯塔特获得了诺贝尔奖(第一个)。

威尔斯塔特

不久之后，英国和德国的科学家用藻类做了实验，结果表明光合作用可以分为两个阶段:需要光参与的光反应阶段和不需要光的暗反应阶段。

上世纪中叶，M. Calvin等人利用同位素碳研究光合反应，详细解释了二氧化碳中碳的去向。

1961年，卡尔文获得了诺贝尔奖(第二个)，因为其实验方法对分子生物学的未来研究和进一步解释光合作用具有重要意义。

米 meter的缩写卡尔文接受诺贝尔奖现场。

后来人们用类似的方法鉴定光合作用中的两条途径:C4途径(甘蔗、玉米等植物的光合作用途径)和景天科的酸代谢途径(菠萝等植物的光合作用途径)。

然而，由于实验的复杂性，人们还没有在植物界发现最常见的C3途径。

1954年，科学家D. I. Arnon通过实验分析认为，光反应可以产生一种“同化力”来促进暗反应，而暗反应的本质就是利用这种“同化力”将无机碳(二氧化碳)转化为有机碳(糖)。

1960年，Hill等人提出了双光系统的概念，称吸收长波光的系统为光学系统ⅰ (PS ⅰ)，吸收短波长光的系统为光学系统ⅱ (PS ⅱ)。

1965年，伍德沃德在实验室合成叶绿素分子，获得诺贝尔奖(第三个)。

R.b .伍德沃德

20世纪80年代末，Deisenhofer等人确定了光合细菌的反应中心结构，在了解膜蛋白复合物细节和光合初级反应研究方面取得了突出进展，并于1988年获得诺贝尔奖(第四名)。

1992年，马库斯因对包括光合作用电子转移在内的生命系统电子转移理论的研究获得深圳生命网诺贝尔奖(第五名)。

马库斯

20世纪90年代末，催化光合作用光合磷酸化和深圳活网氧化磷酸化的酶的动态结构和反应机理研究取得了重大进展。沃克和博耶获得了1997年的诺贝尔奖(第六名)。

如果我们把植物的叶子放在显微镜下，我们可以看到植物中有绿色小体，这是绿叶体。

如果这些叶绿体再放大，我们可以看到里面堆积着扁平的类囊体，这些类囊体是光合作用的关键。

叶绿体含有类囊体。

类囊体是平坦的单层结构，上面有光合色素。

类囊体是单层结构，其上有光合色素的结构成分和电子转移链。

包括叶绿素和类胡萝卜素在内的光合色素是将光能转化为化学能的重要基础。

其中，叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b，两者的比例约为3:1，总叶绿素与类胡萝卜素的比例也约为3:1。

在叶绿素中，只有一小部分叶绿素a具有将光子转化为化学能的功能(中心色素)，而所有其他光合色素(浓缩色素)仅具有收集光子并将其传递给前者的功能(中心色素)。

当光子照射在类囊体上时，类囊体上的大多数光合色素(浓缩色素)会将其收集起来，并将其转化为能够转换光子的叶绿素。

光合色素的量子辐照。

中心颜料包括光能转换颜料分子、电子受体和电子供体。

当中心色素的光能转化色素分子被光子激活时，会向电子受体释放电子，并带正电(处于氧化态)，而电子受体带负电进入还原态。

随后，光能转换颜料分子将从周围的电子供体吸收电子并变成还原状态。

这样，当氧化还原反应继续时，电子在每个受体和供体之间转移，直到它们转移到最终的电子供体。

在我们常见的能够释放氧气的光合作用系统中，有两种光学系统:长波光学系统(PS ⅰ)和短波光学系统(PS ⅱ)。

光学系统I (PS I)可以被700 nm波长的光激发，也叫P700。光学系统ⅱ (PS ⅱ)的吸收峰在680 nm波长，也称为P680。

PS ⅰ和PS ⅱ负责电子转移和氢离子(质子)转移。

当电子到达PS ⅱ体系时，PS ⅱ上的析氧络合物将一个水分子分解成两个氢离子分子和一个氧分子。

当电子到达质体醌(PQ)时，它在类囊体中释放出氢离子。

这样，在类囊体的两侧建立了氢离子浓度差(内高-外低)。

细胞色素b6f复合物将质子醌中的电子转移到质体蓝素(PC)上，后者又将电子转移到PS ⅰ上。

经过一系列的过程，PS ⅰ最终将电子交给了铁氧还蛋白(Fd)，电子最终在还原酶中找到了自己的归宿。

但是经过转移链上的一趟电子，原来胶囊内外的氢离子浓度是一样的，但是现在胶囊内的氢离子浓度比胶囊外的高。

在胶囊上，有一种特殊的结构蛋白叫做ATP合酶。

上面有氢离子通道。氢离子由于浓度差流出类囊体膜时，可以合成ATP。

ATP是生化能量的货币，生物体可以完成一系列消耗能量的代谢反应，如糖类的合成。

然后，光合作用就完成了！

从上面的过程可以看出，光合作用看似很普遍，但实际上是生物亿万年来“造”出来的结果。

除了我们常见的植物，细菌也可以。

事实上，根据进化化学，细菌等更原始和简单的生物是最早进行光合作用的生物之一。

后来蓝藻(原核生物)一点一点被遗传，但蓝藻选择了释放氧气的方式(细菌光合作用不产生氧气)。

植物从蓝细菌那里继承了它们的光合技能，但是植物以叶绿体的形式高效地完成了这个过程(蓝细菌没有叶绿体结构)。

地球上的食草动物靠消化植物产生的有机物为生。

食肉动物依靠食草动物生存。

没有光合作用的生活故事黯然失色，毫无希望！

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