什么是光合作用?
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用太阳光能量并将其转化为化学能的过程。在这里,我们描述光合作用的一般原理,并强调科学家是如何研究这一自然过程,以帮助开发清洁燃料和可再生能源。
类型的光合作用有两种类型的光合作用过程:氧化光合作用和非氧化光合作用。氧合和氧合光合作用的一般原理非常相似,但氧合光合作用是最常见的,见于植物、藻类和蓝藻中。“KdSPE”“KdSPs”在氧合光合作用期间,光能将电子从水(H2O)转移到二氧化碳(CO2),以产生碳水化合物。在这种转移过程中,CO2“被还原”,或接收电子,水变成“氧化”,或失去电子。最终,氧与碳水化合物一起产生。“KdSPE”“KdSPs”氧合光合作用通过吸收所有呼吸生物体产生的二氧化碳并将氧气重新引入大气而起到呼吸的平衡作用。另一方面,“KdSPE”“KDSPs”,无氧光合作用使用除水以外的电子供体。这一过程通常发生在紫色细菌和绿色硫细菌等细菌中,这些细菌主要存在于各种水生生境中。
“无氧光合作用不产生氧气-因此得名,”威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin Madison)植物学教授大卫•鲍姆(David Baum)说产生什么取决于电子供体。例如,许多细菌利用臭鸡蛋嗅到的硫化氢气体,产生固体硫作为副产品。
虽然这两种光合作用都是复杂的、多步骤的事情,整个过程可以概括为一个化学方程式。“KdSPE”“KdSPs”氧合光合作用的描述如下:“KdSPs”6CO2+12H2O+光能-C6H12O6+6O2+6H2O“KdSPE”“KdSPs”,这里六个分子的二氧化碳(CO2)与12个水分子(H2O)结合使用光能。最终的结果是形成一个碳水化合物分子(C6H12O6或葡萄糖)和六个可呼吸的氧和水分子。
类似,各种各样的无氧光合作用反应可以用一个单一的通用公式来表示:
CO2+2H2A+光能→[CH2O]+2A+H2O
方程中的字母a是一个变量,H2A代表潜在的电子给体。例如,A可以代表电子供体硫化氢(H2S)中的硫,伊利诺伊大学香槟分校的植物生物学家Govindjee和John Whitmarsh在《光生物学的概念:光合作用和光形态发生》(Narosa出版社和Kluwer学术出版社,1999)一书中解释道太阳光产生光合作用的能量。光合作用装置
以下是光合作用所必需的细胞成分。
色素
色素是赋予植物、藻类和细菌颜色的分子,但它们也负责有效地捕捉阳光。不同颜色的颜料吸收不同波长的光。下面是三个主要的类群。
叶绿素:这些绿色颜料能够捕捉蓝光和红光。叶绿素有三个亚型,称为叶绿素a、叶绿素b和叶绿素c。根据尤金·拉比诺维奇和戈文吉在其著作《光合作用》(Wiley,1969)中的说法,叶绿素a存在于所有光合作用植物中。还有一种细菌变种被恰当地命名为细菌叶绿素,它能吸收红外光。这种色素主要存在于紫色和绿色细菌中,它们能进行无氧光合作用。类胡萝卜素:这些红色、橙色或黄色颜料吸收蓝绿色光线。类胡萝卜素的例子有叶黄素(黄色)和胡萝卜素(橙色),胡萝卜素从中获得颜色。藻胆素:这些红色或蓝色的色素吸收波长的光,而叶绿素和类胡萝卜素对波长的光吸收不好。它们见于蓝藻和红藻中。质体
光合真核生物的细胞质中含有称为质体的细胞器。根据新泽西罗格斯大学研究人员Cheong Xin Chan和Debasish Bhattacharya在《自然教育》杂志上发表的一篇文章,植物和藻类中的双膜质体被称为原生质体,而浮游生物中发现的多膜质体被称为次生质体一般含有色素或能储存营养物质。无色和无色素的白质体储存脂肪和淀粉,而染色质体含有类胡萝卜素,叶绿体含有叶绿素,如杰弗里·库珀的书《细胞:分子方法》(Sinauer Associates,2000年)中所述。
光合作用发生在叶绿体中;特别是,在基粒和基质区。基粒是细胞器最里面的部分;一组圆盘状的膜,像盘子一样堆积成柱状。单个圆盘称为类囊体。电子的转移就是在这里发生的。基粒柱间的空隙构成基质。
叶绿体类似于线粒体,细胞的能量中心,因为它们有自己的基因组或基因 *** ,包含在环状DNA中。这些基因编码细胞器和光合作用所必需的蛋白质。与线粒体一样,叶绿体也被认为是通过内共生过程起源于原始细菌细胞。
“质体起源于被吞噬的光合细菌,这些细菌是在十亿多年前由单细胞真核细胞获得的,”鲍姆告诉《生活科学》。鲍姆解释说,叶绿体基因的分析表明,它曾经是蓝藻群的一员,蓝藻群是“能完成产氧光合作用的一类细菌”。在他们2010年的文章中,
指出,次生质体的形成不能很好地解释为蓝藻,这类质体的起源仍然是一个争论的问题。“KdSPE”“KdSPs”触角“KdSPE”“KdSPs”色素分子与蛋白质相关联,这使得它们能够向光和向彼此移动。亚利桑那州立大学教授Wim Vermaas的一篇文章称,一个由100到5000个色素分子组成的大 *** 构成了“触角”。这些结构有效地以光子的形式从太阳捕获光能。
最终,光能必须转移到一种色素-蛋白质复合物上,这种复合物能够以电子的形式将光能转化为化学能。例如,在植物中,光能被转化为叶绿素色素。当叶绿素色素排出一个电子,这个电子就可以转移到一个合适的接受者身上时,就完成了向化学能的转换。
反应中心
色素和蛋白质将光能转换成化学能并开始电子转移过程,被称为反应中心。
光合作用过程植物光合作用的反应分为需要阳光和不需要阳光的反应。这两种反应都发生在叶绿体中:类囊体中的光依赖反应和基质中的光独立反应。
光依赖反应(也称为光反应):当一个光子击中反应中心时,像叶绿素这样的色素分子释放出一个电子。
做有用工作的诀窍是阻止这个电子找到它的w“回到它原来的家,”鲍姆告诉现场科学这是不容易避免的,因为叶绿素现在有一个“电子空穴”倾向于吸引附近的电子。
释放的电子通过电子传输链设法逃逸,电子传输链产生产生产生ATP(细胞化学能源三磷酸腺苷)和NADPH所需的能量。原始叶绿素色素中的“电子孔”是通过从水中吸收一个电子来填充的。结果,氧被释放到大气中。
与光无关的反应(也称为暗反应,称为卡尔文循环):光反应产生ATP和NADPH,这是驱动暗反应的丰富能源。卡尔文循环包括三个化学反应步骤:碳固定、还原和再生。这些反应使用水和催化剂。来自二氧化碳的碳原子是固定的,当它们被构建成最终形成三个碳糖的有机分子时。这些糖随后被用来制造葡萄糖或循环利用,再次启动卡尔文循环。
这张2010年6月的卫星照片显示,南加州的池塘正在生长藻类。(PNNL,QuickBird卫星)光合作用在未来
光合作用生物是一种可能的方式来产生清洁燃烧的燃料,如氢甚至甲烷。最近,芬兰图尔库大学的一个研究小组研究了绿藻产生氢气的能力。绿藻如果首先暴露在黑暗、厌氧(无氧)的环境中,然后暴露在光下,它们可以产生几秒钟的氢气。正如他们在2018年发表在《能源与环境科学》杂志上的研究报告所述,研究小组设计了一种将绿藻的氢气产生时间延长三天的方法在人工光合作用领域也取得了进展。例如,来自加利福尼亚大学的一组研究人员伯克利开发了一种人造系统,用纳米线或直径为几十亿分之一米的电线捕获二氧化碳。这些电线进入微生物系统,通过利用阳光的能量将二氧化碳还原成燃料或聚合物。该研究小组于2015在NealNo.No.No.KDSPE“KDSPs”杂志上发表了它的设计,该研究组成员在《科学》杂志上发表了一项研究,描述了另一种人工光合系统,其中专门设计的细菌被用来利用阳光、水和二氧化碳制造液体燃料。一般来说,植物只能利用大约1%的太阳能,并在光合作用期间利用太阳能生产有机化合物。相比之下,研究人员的人工系统能够利用10%的太阳能生产有机化合物。
继续研究光合作用等自然过程,帮助科学家开发利用各种可再生能源的新方法。在阳光的照耀下,植物和细菌无处不在,利用光合作用的能量是创造清洁燃烧和碳中性燃料的合理步骤。
附加资源:
加州大学,伯克利:光合色素亚利桑那州立大学:光合及其应用简介伊利诺伊大学香槟分校:什么是光合
什么叫做光合作用
光合作用,通常是指绿色植物吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有机物,同时释放氧气的过程。光合作用一般包括光反应和暗反应两个过程。1. 光反应 (1)场所:叶绿体的类囊体上。(2)条件:光照、色素、酶等。(3)物质变化:叶绿体利用吸收的光能,将水分解成[H]和O2,同时促成ADP和Pi发生化学反应,...
什么是光合作用
回答:植物吸收阳光,转化为能量
什么是光合作用
光合作用是一种生物化学过程,它在光的作用下,将二氧化碳和水转化为能量丰富的有机物质(如葡萄糖)和氧气。光合作用是植物、藻类和某些细菌的主要代谢过程,也是地球上生物圈中能量来源的重要途径之一。光合作用发生在植物细胞的叶绿体中。叶绿体内含有叶绿素等色素分子,它们能吸收光能,并将其转化为化学能...
什么叫光合作用
光合作用是指绿色植物利用光能,将二氧化碳和水转化为有机物质,并释放氧气的生物化学过程。光合作用是自然界中重要的生物化学现象之一。以下是详细解释:一、光合作用的意义和重要性 光合作用是地球上生命生存的基础之一。通过这个过程,绿色植物能够转化太阳能为化学能,将无机物质转化为有机物质,为生态系统...
光合作用是什么
光合作用是指绿色植物利用光能,将二氧化碳和水转化为有机物的过程,同时释放氧气的生物化学反应。光合作用是地球上生命体系的重要组成部分。以下是详细解释:一、光合作用的定义 光合作用是植物通过叶绿体捕获太阳光能,将其转化为化学能并储存起来的过程。在这个过程中,植物利用阳光的能量,将二氧化碳和水...
什么是光合作用?
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,经过光反应和暗反应,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。光合作用...
什么叫光合作用
光合作用,通常是指绿色植物(包括藻类)吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有机物,同时释放氧气的过程。其主要包括光反应、暗反应两个阶段,涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤,对实现自然界的能量转换、维持大气的碳-氧平衡具有重要意义。
什么是光合作用???
光合作用通常是指绿色植物(包括藻类)吸收光能,把二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成富能有机物,同时释放氧的过程。光合作用反应阶段:1,光反应:光反应阶段的特征是在光驱动下水分子氧化释放的电子通过类似于线粒体呼吸电子传递链那样的电子传递系统传递给 ,使它还原为 。电子传递的另一结果是基质中质子...
什么是光合作用
光合作用是一种由绿色植物和某些蓝藻、浮游植物等进行的,利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质(如葡萄糖)和氧气的生物化学过程。光合作用的重要性 光合作用是地球上最重要的生命过程之一,它直接或间接支持着几乎所有生物的生存。通过光合作用,植物能够制造食物并释放出氧气,为环境中的其他生物提供了...
什么是光合作用
光合作用是指绿色植物利用光能,将二氧化碳和水转化为有机物质,并释放氧气的过程。光合作用是地球上非常重要的自然过程之一。以下是详细解释:光合作用的定义与基本过程 光合作用是植物、某些细菌和藻类利用阳光能量将无机物质转化为有机物质的过程。在这个过程中,植物吸收二氧化碳和水,通过光合作用转化为葡萄...
仇萧瑞艾:[答案] 光合作用:是植物、藻类和某些细菌,在可见光的照射下,经过光反应和碳反应(旧称暗反应),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.
永寿县18551092715: 什么是光合作用啊? - ?
仇萧瑞艾: 光合作用(Photosynthesis)是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素,在可见光的照射下,将二氧化碳和水转化为有机物,并释放出氧气的生化过程.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所贮存的能量,效率为30%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.
永寿县18551092715: 光合作用的定义是什么 - ?
仇萧瑞艾: 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,经过光反应和碳反应,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. 简单原理 植物与动物不...
永寿县18551092715: 植物的光合作用是啥? - ?
仇萧瑞艾:[答案] 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,经过光反应和暗反应,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...
永寿县18551092715: 什么是光合作用? - ?
仇萧瑞艾: 你好:光合作用通常是指绿色植物(包括藻类)吸收光能,把二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成富能有机物,同时释放氧的过程.
永寿县18551092715: 什么是绿色植物的光合作用 - ?
仇萧瑞艾:[答案] 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...
永寿县18551092715: 什么是光合作用?
仇萧瑞艾: 光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧的过程. .
永寿县18551092715: 什么是光合作用,对人类有什么帮助 - ?
仇萧瑞艾:[答案] 光合作用的意义:1、 制造有机物,实现巨大的物质转变,将CO2和H2O合成有机物; 2、 转化并储存太阳能; 3、 净化空气,使大气中的O2和CO2含量保持相对稳定; 4、 对生物的进化具有重要作用.
永寿县18551092715: 什么是光合作用?光合作用对人类有何意义? - ?
仇萧瑞艾:[答案] 光合作用是绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存在能量里的有机物,并释放出氧气的过程. 意义是制造有机物,一部分供自身利用,更多的则是提供给生物圈中的其他生物,所以绿色植物是生物圈中的生产者....