L02 光合作用

光合作用是指水和二氧化碳在太阳光的作用下转化为葡萄糖(进而转化成淀粉)和氧气的过程。

光合作用是植物(自养的)和其他生物体(异养的)能量的最重要来源。在这些反应中，叶绿素扮演着至关重要的角色。它存在于叶绿体内部，其功能好比是接收光能的“天线”。叶绿素分 子的“尾巴”锚定在叶绿体壁上。叶绿素分子有两类，a和b: 两者都是镁原子取代的卟啉环，惟一的区别在于取代R基的种类不同。在叶绿素a里面，R是一个甲基(—CH₃);而在叶绿素b里面，取代的却是一个醛基(-CHO)。

这两类分子吸收太阳光的一部分，也即可见光谱的红光区域( = 680~700 nm)和蓝紫光区域( = 450~480 nm)。

这两类分子对可见光谱中的绿光区域吸收都不强，这些光被反射了出去，所以植物是绿色的。吸收了一个光子的时候，叶绿素分子的一个电子将被激活到更高的能级上去。
为了除去过剩的能量，分子将激发的电子传输给临近的分子。这些电荷最终消逝在叶绿体中。为了使叶绿素分子能够吸收新的光子，它必须得回丢失的电子。而这些电子则是通过一系列反应，从水分子中获得的。这一系列反应简述如下::

光合作用的“合成”阶段发生在叶绿体内，并且不再需要进一步的光照了。水分子失去的电子将通过一些复杂的反应循环，最终转移给碳原子，使碳原子发生还原反应。当然这些反应需要各种各样的酶、携带能量的化学物质(ATP)及还原剂(NADPH)的协助。总反应循环表示如下:

想要合成一个葡萄糖分子，这一步反应必须重复6次:

参考文献:
L.F. Fieser and M. Fieser, Organic Chemistry, Reinhold
Publishing Co., New York (1956), pp 484-487