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,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。

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    1阶段

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    光合作用可分为光反应和暗反应(又叫碳反应)两个阶段。

    光反应

    条件:光照、光合色素、光反应酶。   
    场所:叶绿体的类囊体薄膜。(色素)
    过程:水的光解:2H2O→4[H]+O2↑(在光和叶绿体中的色素的催化下);ATP的合成:ADP+Pi→ATP(在光、酶和叶绿体中的色素的催化下)。
    暗反应
    暗反应的实质是一系列的酶促反应。 
    条件:暗反应酶。 
    场所:叶绿体基质。
    影响因素:温度、CO2浓度、酸碱度等。 
    过程:不同的植物,暗反应的过程不一样,而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境的适应的结果。
    暗反应可分为C3、C4和CAM三种类型。三种类型是因二氧化碳的固定这一过程的不同而划分的。
    对于最常见的C3的反应类型,植物通过气孔将CO2由外界吸入细胞内,通过自由扩散进入叶绿体。叶绿体中含有C5。起到将CO2固定成为C3的作用。C3再与NADPH及ATP提供的能量反应,生成糖类(CH2O)并还原出C5。被还原出的C5继续参与暗反应。 

    2重要作用

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    光合作用的实质是把CO2和H2O转变为有机物(物质变化)和把光能转变成ATP中活跃的化学能再转变成有机物中的稳定的化学能(能量变化)。 CO2+H2O(叶绿体、酶、光照)=======O2+(CH2O)

    3影响因素

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    光照强度、CO2浓度、水分供给、温度、酸碱度等。 

    4相关信息

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    应用于污水处理

    为了加强光合作用中一些有用的化学反应,英国南安普顿大学的科学家们再设计了光合作用的基本过程,这些反应能够用来生产生物燃料、药物和精细化学品。

    光合作用是地球上关键的生物反应,它提供给我们食物、氧气,并且消耗大气中的二氧化碳。

    植物和藻类的光合作用包括两个反应,分别为光反应和暗反应,光反应吸收来自太阳的能量,并利用吸收的能量将水分子分解成电子、质子和氧气。暗反应利用光反应产生的电子和质子,将大气中的二氧化碳转化为食物链的基础物质——单糖。重要的是,光反应远比暗反应强,这导致光反应吸收的大部分能量以热量的形式散失,而没有用来转化二氧化碳。

    曾在南安普顿大学海洋和地球科学学院从事一项博士后研究的Adokiye Berepiki博士说道:“在我们的研究中,我们利用合成生物学方法去合成一种额外的酶,这种酶用在光反应之中,暗反应之前。我们因此改变了光合作用的过程,使得更多吸收的光被用来加强有用的化学反应。因为植物和藻类中也存在一系列可以被太阳光加强的有利反应,所以这项研究也代表了一次革新。”

    在一项发表在ACS Synthetic Biology的研究中,未利用的电子被重新用来降解广为分布的环境污染物——阿特拉津(一种农用的除草剂)。阿特拉津早在20世纪90年代就被欧盟所禁止,但它一直是地下水中最普遍存在的杀虫剂之一。研究人员设计的光合藻类或许可以对这类污水的区域进行高效生物降解。

    Berepiki博士说:“合成生物学方法结合科学、技术和工程,促进和加快生物体遗传物质的设计、制造和改造。我们通过该方法重塑了电子,并引入一种棕色老鼠体内的酶到光合作用中。这种酶不是直接取自老鼠体内的基因,而是利用化学合成再制造进行编码得到的,然后作为一种电子冷阱,利用光合作用的电子去增强它的活性。”

    南安普顿大学海洋和地球科学学院的生物海洋学教授,也是论文的合著者Tom Bibby说道:“最近有很多关于利用光合物种作为可持续生物能源来源的可能性研究。虽然很有前景,但是目前这种潜力在经济上是不可行的。要想利用光合物种产生生物能源,并使这种生物能源在将来的某一天取代我们目前依赖的化石能源,我们投入在藻类的附加价值将成为关键的一步。”

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    参考资料

    [添加]
    [1].巨大的宝库:光合作用的价值远不止供氧这么简单

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    标签: 生化反应

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    • 更新时间:2016-09-19
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