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【科普类】神奇的光合作用
【科普类】神奇的光合作用
www.dicp.ac.cn    发布时间:2011-10-13 16:10    栏目类别:征文展览

 十一室 田文明

 

光合作用可简单地概括为含光合色素(主要是叶绿素)的植物细胞和细菌,在日光下利用无机物(CO2,H2O等)合成有机化合物(C6H12O6),并释放氧气或其他物质的过程。

光合作用是地球上进行的最大的有机合成反应。每天从太阳到达地球的能量约为1.5×1022kJ,其中约1%被光和生物吸收,通过光合作用转化为分子形式的化学能,并通过食物链为生物圈的其他成员所利用。因此,太阳光是地球上几乎所用生物所需能量的最终来源。太阳能转化为化学能经常用CO2固定这一术语来表示。据估计,每年地球上约有1011tCO2的碳被固定,其中三分之一主要是由海洋中的光合微生物固定的。

虽然能进行光合作用的生物是各种各样的,但是它们所具有的最重要的共同点就是光合作用都是在膜上发生的。在光合真核细胞中,光合膜位于称为叶绿体的细胞器中。叶绿体主要分布在绿色植物的叶肉细胞中,位于叶绿体基质中的扁平的膜囊体称为类囊体,由这些类囊体垛叠而成的叫做基粒,基粒之间没有发生垛叠的叫做基质片层,光合作用的光反应就是在这些类囊体的膜上进行的,利用日光使H2O分解,释放出O2,并生成高能磷酸化合物(ATP)和还原力(NADPH)。而光合作用的暗反应是在叶绿体的基质中进行的,利用光反应形成的ATP将CO2还原为糖。

在光反应过程中叶绿素扮演了重要角色。叶绿素是深色光合色素的总称。高等植物和藻类中存在5种结构上很相似的叶绿素,称叶绿素a、b、c、d、和e。其中最主要的是叶绿素a,存在于所有放氧生物中。原初的光化学反应是在反应中心进行的,分别由两个不同的光系统(PSI,PSII)完成,天线色素吸收光能并传递到反应中心色素分子上,中心色素分子接收光能并通过光化学反应转化为电能,进行光合作用的电子传递过程。

其中,H2O的分解是在PSII中进行的,在分解2分子H2O的同时会产生1分子O2和4个H+,产生的H+是否可以直接转化为H2呢?目前,一些科研工作者利用天然的PSII和人工催化剂进行组装形成人工的光合作用系统,实现利用天然洁净的水产生O2的同时又能产生H2,相信,如果这一技术能够实现,那么全世界人类面临的能源危机将会在很大程度上得到缓解,意义相当重大。

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