光合作用的四个步骤是光能吸收、电子传递、ATP合成和碳固定,它们将光能转化为化学能并合成有机物。 这一过程不仅为植物提供能量,还是地球碳氧平衡的关键环节,涉及复杂的色素系统和酶促反应。
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光能吸收:叶绿素等光合色素捕获太阳光能,激发电子跃迁至更高能级。类囊体膜上的光系统I(PSI)和光系统II(PSII)协同作用,其中PSII通过水解水分子释放氧气和质子,形成电子传递链的起点。
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电子传递:激发态电子通过细胞色素复合体传递,驱动质子泵将H⁺从基质泵入类囊体腔,形成跨膜质子梯度。电子最终由PSI接收并还原NADP⁺为NADPH,同时伴随氧气的释放。
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ATP合成:类囊体膜两侧的质子浓度差驱动ATP合酶工作,将ADP磷酸化为ATP,这一过程称为光合磷酸化。光反应阶段生成的ATP和NADPH为暗反应提供能量和还原力。
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碳固定(卡尔文循环):在叶绿体基质中,Rubisco酶催化CO₂与RuBP结合生成三碳化合物(PGA),随后利用ATP和NADPH将其还原为甘油醛-3-磷酸(G3P),部分G3P再生为RuBP以维持循环,其余用于合成葡萄糖等有机物。
理解光合作用的步骤有助于揭示自然界的能量转换机制,其效率受光强、CO₂浓度和温度等因素影响。优化这些条件可提升农业生产力或开发仿生能源技术。