Question

光合作用的概念

Answer 1

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，经过光反应和暗反应，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。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量，效率为10%~20%左右。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。而在地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。
生物的生命活动都需要消耗能量，这些能量来自生物体内糖类、脂类和蛋白质等有机物的氧化分解。生 物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程，叫吸作用（又叫生物氧化）。
呼吸作用，是生物体细胞把有机物氧化分解并产生能量的化学过程，又称为细胞呼吸（Cellular respiration）。无论是否自养，细胞内完成生命活动所需的能量，都是来自呼吸作用。真核细胞中，线粒体是与呼吸作用最有关联的胞器，呼吸作用的几个关键性步骤都在其中进行。
呼吸作用是一种酶促氧化反应。虽名为氧化反应，不论有无氧气参与，都可称作呼吸作用（这是因为在化学上，有电子转移的反应过程，皆可称为氧化）。有氧气参与时的呼吸作用，称之为有氧呼吸；没氧气参与的反应，则称为无氧呼吸。同样多的有机化合物，进行无氧呼吸时，其产生的能量，比进行有氧呼吸时要少。有氧呼吸与无氧呼吸是细胞内不同的反应，与生物体没直接关系。即使是呼吸氧气的生物，其细胞内，也可以进行无氧呼吸。
呼吸作用的目的，是透过释放食物里之能量，以制造三磷酸腺苷（ATP），即细胞最主要的直接能量供应者。呼吸作用的过程，可以比拟为氢与氧的燃烧，但两者间最大分别是：呼吸作用透过一连串的反应步骤，一步步使食物中的能量放出，而非像燃烧般的一次性释放。在呼吸作用中，三大营养物质：碳水化合物、蛋白质和脂质的基本组成单位──葡萄糖、氨基酸和脂肪酸，被分解成更小的分子，透过数个步骤，将能量转移到还原性氢（化合价为+1的氢）中。最后经过一连串的电子传递链，氢被氧化生成水；原本贮存在其中的能量，则转移到ATP分子上，供生命活动使用。
有氧呼吸的全过程，可以分为三个阶段：第一个阶段（称为糖酵解），一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，在分解的过程中产生少量的氢（用[H]表示），同时释放出少量的能量。这个阶段是在细胞质基质中进行的；第二个阶段（称为三羧酸循环或柠檬酸循环），丙酮酸经过一系列的反应，分解成二氧化碳和氢，同时释放出少量的能量。这个阶段是在线粒体基质中进行的；第三个阶段（呼吸电子传递链），前两个阶段产生的氢，经过一系列的反应，与氧结合而形成水，同时释放出大量的能量。这个阶段是在线粒体内膜中进行的。以上三个阶段中的各个化学反应是由不同的酶来催化的。在生物体内，1mol的葡萄糖在彻底氧化分解以后，共释放出2870kJ的能量，其中有977kJ左右的能量储存在ATP中（38个ATP），其余的能量都以热能的形式散失了。
生物进行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。那么，生物在无氧条件下能不能进行呼吸作用呢？科学家通过研究发现，生物体内的细胞在无氧条件下能够进行另一类型的呼吸作用——无氧呼吸。
无氧呼吸一般是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物质分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。这个过程对于高等植物、高等动物和人来说，称为无氧呼吸。如果用于微生物（如乳酸菌、酵母菌），则习惯上称为发酵。细胞进行无氧呼吸的场所是细胞质基质。苹果储藏久了，为什么会有酒味？高等植物在水淹的情况下，可以进行短时间的无氧呼吸，将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，并且释放出少量的能量，以适应缺氧的环境条件。高等动物和人体在剧烈运动时，尽管呼吸运动和血液循环都大大加强了，但是仍然不能满足骨骼肌对氧的需要，这时骨骼肌内就会出现无氧呼吸。高等动物和人体的无氧呼吸产生乳酸。此外，还有一些高等植物的某些器官在进行无氧呼吸时也可以产生乳酸，如马铃薯块茎、甜菜块根等。无氧呼吸的全过程，可以分为两个阶段：第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同；第二个阶段是丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。以上两个阶段中的各个化学反应是由不同的酶来催化的。在无氧呼吸中，葡萄糖氧化分解时所释放出的能量，比有氧呼吸释放出的要少得多。例如，1mol的葡萄糖在分解成乳酸以后，共放出196.65kJ的能量，其中有61.08kJ的能量储存在ATP中（2个ATP），其余的能量都以热能的形式散失了。
植物有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须进入线粒体才能被分解成CO2
对生物体来说，呼吸作用具有非常重要的生理意义，这主要表现在以下两个方面：第一，呼吸作用能为生物体的生命活动提供能量。呼吸作用释放出来的能量，一部分转变为热能而散失，另一部分储存在ATP中。当ATP在酶的作用下分解时，就把储存的能量释放出来，用于生物体的各项生命活动，如细胞的分裂，植株的生长，矿质元素的吸收，肌肉的收缩，神经冲动的传导等。第二，呼吸过程能为体内其他化合物的合成提供原料。在呼吸过程中所产生的一些中间产物，可以成为合成体内一些重要化合物的原料。例如，葡萄糖分解时的中间产物丙酮酸是合成氨基酸的原料。