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光合作用是怎樣具體進行的？ 植物的光合作用( 二 )

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1992年，馬庫斯因研究包括光合作用電子轉移在內的生命系統電子轉移理論獲得諾貝爾獎(第五名) 。

光合作用是怎樣具體進行的？ 植物的光合作用

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馬庫斯
20世紀90年代末，催化光合作用的光合磷酸化和呼吸作用的氧化磷酸化的酶的動態結構和反應機理的研究取得了重大進展 。沃克·博耶獲得1997年諾貝爾獎(第六名) 。
光合作用是怎樣具體進行的？ 植物的光合作用

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光合作用過程如果把植物的葉子放在顯微鏡下，我們可以看到植物里面有綠色的體，是綠色的葉子 。
光合作用是怎樣具體進行的？ 植物的光合作用

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如果我們再放大這些葉綠體，可以看到里面堆著扁平的類囊體，這些類囊體是光合反應的關鍵 。
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葉綠體含有類囊體 。
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類囊體是一種平坦的單層膜結構，上面有光合色素 。
類囊體是具有光合色素和電子轉移鏈的單層膜結構 。
包括葉綠素和類胡蘿卜素在內的光合色素是將光能轉化為化學能的重要基礎 。
其中，葉綠素分為葉綠素a和葉綠素b，比例約為3:1，總葉綠素與類胡蘿卜素的比例也約為3:1 。
在葉綠素中，只有一小部分葉綠素A具有將光子轉化為化學能的功能(中心色素)，而其他所有光合色素(聚光色素)只有收集光子并將其傳遞給前者(中心色素)的功能 。
當光子照射到類囊體上時，類囊體上的大多數光合色素(凝聚色素)會將其收集起來，并傳遞給能夠轉換光子的葉綠素 。
光合作用是怎樣具體進行的？ 植物的光合作用

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量子光照射在光合色素上 。
中心色素包括光能轉換色素分子、電子受體和電子供體 。
當中心色素的光能轉化色素分子被光子激活時，會向電子受體釋放電子，電子受體帶正電(氧化態)，帶負電為還原態 。
隨后，光能轉換顏料分子將從周圍的電子供體吸收電子并被還原 。
這樣，當氧化還原反應持續進行時，電子在受體和供體之間轉移，直到它們轉移到最終的電子供體 。
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我們常見的能夠釋放氧氣的光合作用系統有兩個光學系統:長波光學系統(PS ⅰ)和短波光學系統(PS ⅱ) 。
光學系統ⅰ (PS ⅰ)可被波長為700 nm的光激發，又稱P700；體系ⅱ (PS ⅱ)的吸收峰在680 nm，也稱為P680 。
PS ⅰ和PS ⅱ承擔電子轉移和氫離子(質子)轉移的任務 。
當電子到達PS ⅱ系統時，PS ⅱ上的氧生成絡合物將一個水分子分解成兩個氫離子分子和一個氧分子 。
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當電子到達質體醌(PQ)時，通過循環機制，在類囊體中釋放另一個氫離子 。
這樣，類囊體兩側就建立了氫離子濃度差(內高外低) 。
細胞色素b6f復合物將質子醌中的電子轉移到質體藍素(PC)上，后者又將電子轉移到PS ⅰ上 。
而PS ⅰ則經歷了一系列的過程，最終將電子交給了鐵氧還蛋白(Fd)，電子最終在還原酶中找到了自己的歸宿 。
但是電子在傳輸鏈上絆了一下之后，類囊體內外的氫離子濃度是一樣的，但是現在類囊體內的氫離子濃度比類囊體外的高 。
在囊膜上，有一種特殊的結構蛋白叫做ATP合酶 。
上面有氫離子通道 。氫離子因濃度差流出類囊體膜時，可合成ATP 。
光合作用是怎樣具體進行的？ 植物的光合作用

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ATP是生化能源領域的貨幣 。通過使用ATP，生物體可以完成一系列消耗能量的代謝反應，如糖的合成 。
然后，光合作用就完成了！
標簽從上面的過程我們可以看出，光合作用看似很常見，但實際上是生物數十億年“創造”的結果 。
除了我們常見的可以進行光合作用的植物，其實細菌也可以 。
事實上，根據進化的觀點，更原始和簡單的生物如細菌是最早進行光合作用的 。
后來藍藻(原核生物)一點一點被遺傳，但藍藻選擇了釋放氧氣的方式(細菌光合作用不產生氧氣) 。
植物的光合作用能力遺傳自藍藻，但植物利用葉綠體高效完成這一過程(藍藻沒有葉綠體結構) 。

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