光合作用筆記

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光合作用筆記

光合作用(Photosynthesis)，即光能合成作用，是植物、藻類和某些細菌，在可見光的照射下，經過光反應和暗反應，利用光合色素，將二氧化碳(或硫化氫)和水轉化為有機物，並釋放出氧氣(或氫氣)的生化過程。光合作用是一系列複雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳氧迴圈的重要媒介。光合作用(Photosynthesis)是綠色植物利用葉綠素等光合色素和某些細菌(如帶紫膜的嗜鹽古菌)利用其細胞本身，在可見光的照射下，將二氧化碳和水(細菌為硫化氫和水)轉化為有機物，並釋放出氧氣(細菌釋放氫氣)的生化過程。植物之所以被稱為食物鏈的生產者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產有機物並且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物及細菌所貯存的能量，效率為10%~20%左右。對於生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是它們賴以生存的關鍵。而在地球上的碳氧迴圈，光合作用是必不可少的。

生物的生命活動都需要消耗能量，這些能量來自生物體內糖類、脂類和蛋白質等有機物的氧化分解。生 物體內的有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其他產物，並且釋放出能量的總過程，叫吸作用(又叫生物氧化)。

呼吸作用，是生物體細胞把有機物氧化分解併產生能量的化學過程，又稱為細胞呼吸(Cellular respiration)。無論是否自養，細胞內完成生命活動所需的能量，都是來自呼吸作用。真核細胞中，線粒體是與呼吸作用最有關聯的胞器，呼吸作用的幾個關鍵性步驟都在其中進行。

呼吸作用是一種酶促氧化反應。雖名為氧化反應，不論有無氧氣參與，都可稱作呼吸作用(這是因為在化學上，有電子轉移的反應過程，皆可稱為氧化)。有氧氣參與時的呼吸作用，稱之為有氧呼吸;沒氧氣參與的反應，則稱為無氧呼吸。同樣多的有機化合物，進行無氧呼吸時，其產生的能量，比進行有氧呼吸時要少。有氧呼吸與無氧呼吸是細胞內不同的反應，與生物體沒直接關係。即使是呼吸氧氣的生物，其細胞內，也可以進行無氧呼吸。

呼吸作用的目的，是透過釋放食物裡之能量，以製造三磷酸腺苷(ATP)，即細胞最主要的直接能量供應者。呼吸作用的過程，可以比擬為氫與氧的燃燒，但兩者間最大分別是：呼吸作用透過一連串的反應步驟，一步步使食物中的能量放出，而非像燃燒般的一次性釋放。在呼吸作用中，三大營養物質：碳水化合物、蛋白質和脂質的基本組成單位──葡萄糖、氨基酸和脂肪酸，被分解成更小的分子，透過數個步驟，將能量轉移到還原性氫(化合價為+1的氫)中。最後經過一連串的電子傳遞鏈，氫被氧化生成水;原本貯存在其中的能量，則轉移到ATP分子上，供生命活動使用。

有氧呼吸的全過程，可以分為三個階段：第一個階段(稱為糖酵解)，一個分子的葡萄糖分解成兩個分子的丙酮酸，在分解的過程中產生少量的氫(用[H]表示)，同時釋放出少量的能量。這個階段是在細胞質基質中進行的;第二個階段(稱為三羧酸迴圈或檸檬酸迴圈)，丙酮酸經過一系列的反應，分解成二氧化碳和氫，同時釋放出少量的能量。這個階段是線上粒體基質中進行的;第三個階段(呼吸電子傳遞鏈)，前兩個階段產生的氫，經過一系列的反應，與氧結合而形成水，同時釋放出大量的能量。這個階段是線上粒體內膜中進行的。以上三個階段中的各個化學反應是由不同的酶來催化的。在生物體內，1mol的葡萄糖在徹底氧化分解以後，共釋放出2870kJ的能量，其中有977kJ左右的能量儲存在ATP中(38個ATP)，其餘的能量都以熱能的形式散失了。

生物進行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。那麼，生物在無氧條件下能不能進行呼吸作用呢?科學家通過研究發現，生物體內的細胞在無氧條件下能夠進行另一型別的呼吸作用——無氧呼吸。

無氧呼吸一般是指細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物質分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。這個過程對於高等植物、高等動物和人來說，稱為無氧呼吸。如果用於微生物(如乳酸菌、酵母菌)，則習慣上稱為發酵。細胞進行無氧呼吸的場所是細胞質基質。蘋果儲藏久了，為什麼會有酒味?高等植物在水淹的情況下，可以進行短時間的無氧呼吸，將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，並且釋放出少量的能量，以適應缺氧的環境條件。高等動物和人體在劇烈運動時，儘管呼吸運動和血液迴圈都大大加強了，但是仍然不能滿足骨骼肌對氧的需要，這時骨骼肌內就會出現無氧呼吸。高等動物和人體的無氧呼吸產生乳酸。此外，還有一些高等植物的某些器官在進行無氧呼吸時也可以產生乳酸，如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等。無氧呼吸的全過程，可以分為兩個階段：第一個階段與有氧呼吸的第一個階段完全相同;第二個階段是丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者轉化成乳酸。以上兩個階段中的各個化學反應是由不同的酶來催化的。在無氧呼吸中，葡萄糖氧化分解時所釋放出的能量，比有氧呼吸釋放出的要少得多。例如，1mol的葡萄糖在分解成乳酸以後，共放出196.65kJ的能量，其中有61.08kJ的能量儲存在ATP中(2個ATP)，其餘的能量都以熱能的形式散失了。

植物有氧呼吸過程中，中間產物丙酮酸必須進入線粒體才能被分解成CO2

對生物體來說，呼吸作用具有非常重要的生理意義，這主要表現在以下兩個方面：第一，呼吸作用能為生物體的生命活動提供能量。呼吸作用釋放出來的能量，一部分轉變為熱能而散失，另一部分儲存在ATP中。當ATP在酶的作用下分解時，就把儲存的能量釋放出來，用於生物體的各項生命活動，如細胞的分裂，植株的生長，礦質元素的吸收，肌肉的收縮，神經衝動的傳導等。第二，呼吸過程能為體內其他化合物的合成提供原料。在呼吸過程中所產生的一些中間產物，可以成為合成體內一些重要化合物的原料。例如，葡萄糖分解時的中間產物丙酮酸是合成氨基酸的原料。