没有一系列化学反应像光合作用的化学反应一样被所有人知晓，但是您将不会产生光合作用，其他任何人也不会。如果您碰巧知道光合作用是植物和一些微生物所独有的，并且您的身体或任何动物中没有一个细胞能够进行这种优雅的反应。这可能会让您感到奇怪，反应，是什么赋予了植物光合作用？
                

简而言之，植物生命和动物生命几乎是共生的，这意味着植物满足其代谢需求的方式对动物具有最大的益处，反之亦然。用最简单的术语来说，动物会吸收氧气（O2）从非气态碳源中获取能量，并在此过程中排泄二氧化碳气（CO2）和水（H2O），而植物则使用CO2和H2O来制作食物并释放O2环境。此外，目前世界上约有87％的能源来自化石燃料的燃烧，而化石燃料最终也是光合作用的产物。

有时有人说“光合作用是植物，呼吸是动物的呼吸”，但这是一个有缺陷的类比，因为植物同时利用了两者，而动物仅利用了呼吸。将光合作用想象为植物消耗和消化碳的方式，它依靠光而不是运动，并且通过进食的行为将碳以微小的蜂窝式机器可以使用的形式存储。

光合作用概述
尽管光合作用没有被大部分生物直接利用，但可以合理地将其视为负责确保地球自身持续生存的一种化学过程。光合细胞将有机物从环境中收集的CO2和H2O吸收，并利用阳光中的能量来驱动葡萄糖（C6H12O6）的合成，从而释放O2作为废物。然后，该葡萄糖由植物中的不同细胞处理，就像动物细胞使用葡萄糖的方式一样：它经过呼吸作用以三磷酸腺苷（ATP）的形式释放能量，并以废物形式释放CO2。 （浮游植物和蓝细菌也利用光合作用，但是出于本讨论的目的，含有光合作用细胞的生物通常被称为“植物”。）

利用光合作用制造葡萄糖的生物称为自养生物，将其从希腊语宽松地翻译为“自食”。也就是说，植物不直接依靠其他生物来获取食物。另一方面，动物是异养生物（“其他食物”），因为它们必须吸收其他生物来源的碳才能生长和存活。

光合作用是什么类型的反应？
光合作用被认为是氧化还原反应，氧化还原是“还原-氧化”的缩写，它描述了在各种生化反应中原子级发生的反应。 称为光合作用的一系列反应的完整，均衡的公式（很快将探讨其组成）是：

6H₂O + light + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6O<sub>2

可以自己验证箭头两侧每种原子的数目是否相同：六个碳原子，12个氢原子和18个氧原子。

还原是从原子或分子中除去电子，而氧化是电子的获得。 相应地，容易将电子转化为其他化合物的化合物称为氧化剂，而倾向于获得电子的化合物称为还原剂。 氧化还原反应通常涉及将氢添加到要还原的化合物中。

光合作用的结构
光合作用的第一步可以概括为“放光”。阳光照射在植物的表面，使整个过程处于运动状态。您可能已经怀疑为什么许多植物看起来如此：如果不知道为什么这些生物以这种方式构造，那么大量的叶子和支撑它们的树枝形式的表面就显得不必要（尽管很有吸引力）。 。植物的“目标”是使自身尽可能多地暴露在阳光下–使任何生态系统中最短，最小的植物变得像动物垃圾一样矮，因为它们都努力获取足够的能量。毫无疑问，叶子的光合细胞非常密集。

这些细胞富含称为叶绿体的生物，光合作用就是叶绿体的所在，就像线粒体是发生呼吸的细胞器一样。实际上，叶绿体和线粒体在结构上非常相似，这一事实与生物学领域的几乎所有事物一样，都可以追溯到进化的奇迹。被反射而不是被吸收的波长恰好在被人眼和大脑解释为特定颜色的波长范围内（提示：以“ g”开头）。用于此目的的主要颜料称为叶绿素。

光合作用的机理
光合作用分为一组光依赖性和光依赖性反应，通常称为光反应和暗反应，稍后将进行详细描述。您可能已经得出结论，光反应首先发生。

当来自太阳的光照射到类囊体中的叶绿素和其他色素时，它实质上从叶绿素中的原子上吹散松散的电子和质子，并将它们提升到更高的能级，使其更自由地迁移。电子转移到类囊体膜本身上展开的电子传输链反应中。在这里，电子受体（如NADP）接收其中一些电子，这些电子也用于驱动ATP的合成。 ATP从本质上来说对细胞来说对美国金融体系而言是美元：它是“能量货币”，几乎所有的代谢过程都可以通过它进行。

在这种情况发生时，日光浴的叶绿素分子突然发现自己缺乏电子。这是水进入磨损区并以氢的形式提供置换电子的地方，从而减少了叶绿素。由于缺少氢，曾经的水现在变成了分子氧-O2。氧气从细胞中扩散出来，并从整个植物中扩散出去，其中一些氧气恰好在此刻进入了自己的肺部。

光合作用是内生的吗？
光合作用被称为性反应，因为它需要能量输入才能进行。太阳是地球上所有能量的最终来源（古代的各种文化也许从某种程度上可以理解这一事实，认为太阳本身就是神），而植物是第一个拦截它以用于生产用途的植物。没有这种能量，就不可能将二氧化碳（一个小的简单分子）转化为葡萄糖（一个更大，更复杂的分子）。想象一下自己走上楼梯，以某种方式不消耗任何能量，您会看到植物面临的问题。

用算术术语来说，透热反应是其中产物比反应物具有更高能级的反应。从能量上来说，这些反应的相反之处被称为能克反应，其中产物的能量低于反应的能量，从而在反应过程中释放出能量。 （这通常以热的形式出现-运动后又变暖还是变冷？）这是以反应的自由能ΔG°表示的，光合作用的自由能为+479 kJ⋅mol-每摩尔1或479焦耳的能量。正号表示吸热反应，而负号表示放热过程。

光合作用的明暗反应
在光反应中，水被阳光分解，而在黑暗反应中，光反应中释放的质子（H +）和电子（e-）用于将葡萄糖和其他碳水化合物从CO2中组装起来。

光反应由下式给出：</sub>
 

The light reactions are given by the formula:

2H₂O + light → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻(ΔG° = +317 kJ ⋅ mol⁻¹)

and the dark reactions are given by:

CO₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → CH₂O + H₂O (ΔG° = +162 kJ ⋅ mol⁻¹)

Overall, this yields the complete equation revealed above:

H₂O + light + CO₂ → CH₂O + O₂(ΔG° = +479 kJ ⋅ mol⁻¹)
您会看到两组反应都是负离子的，轻反应则更强烈。

什么是能量耦合？
生命系统中的能量耦合意味着使用一个过程中可用的能量来驱动其他过程，否则这些过程将不会发生。社会本身就是这样工作的：企业通常必须预先借入大笔资金才能起步，但最终，其中一些企业变得高利润，可以为其他初创公司提供资金。

光合作用是能量耦合的一个很好的例子，因为阳光的能量与叶绿体中的反应耦合，因此反应可以展开。该工厂最终通过合成葡萄糖和其他可以立即或将来与其他反应结合的碳化合物，来回馈全球碳循环。例如，小麦植物生产淀粉，在全世界范围内被用作人类和其他动物食物的主要来源。但是并不是所有的植物产生的葡萄糖都可以储存。它的一些到达植物细胞的不同部分，在糖酵解中释放的能量最终与植物线粒体中导致ATP形成的反应耦合。尽管植物是食物链的最底层，被广泛视为被动能量和氧气的提供者，但它们确实具有自身的代谢需求，必须像其他生物一样长大并繁殖。

为什么不能更改下标？
顺便说一句，如果化学反应不能以平衡的形式提供，学生通常会在学习如何平衡化学反应方面遇到困难。结果，在修修补补中，学生可能会想改变反应中分子的下标值以达到平衡的结果。这种混乱可能源于知道为了平衡反应可以改变分子前面的数字。更改任何分子的下标会使该分子完全变成另一个分子。例如，将O2更改为O3不仅会增加质量上50％的氧气，而且还会增加氧气的质量。它将氧气转化为臭氧，而臭氧不会以类似的方式参与正在研究的反应。