光合作用

光合作用

光合作用（粵拼：gwong1 hap6 zok3 jung6，英文：Photosynthesis）係指植物以光作為能源，將二氧化碳同水，轉化成為葡萄糖（Glucose）同氧氣嘅過程。植物會利用大氣中嘅二氧化碳，泥土中吸返嚟嘅水，加埋自己本身有嘅葉綠素，利用太陽光供給嘅能量，製造成糖分。好多粒糖聚埋一齊就會變成澱粉，植物會以澱粉嘅形式嚟儲存過多嘅萄葡糖。除咗糖粉之外，氧氣係光合作用嘅副產品（亦有佢係新陳代謝廢物嘅講法），呢啲氧氣會被釋放出大氣，維持大氣中氧氣嘅含量。光合作用除咗係自養生物嘅食物來源，重係呢個世界上其中一個非常重要嘅生物化學作用，因為全地球嘅生物都依賴佢所製造出嚟嘅氧氣同糖份嚟生存。好多綠色嘅生物，好似藻類，高級植物，某啲細菌，都會做光合作用。

總結

成個光合作用好複雜，最簡單而又最多人知嘅講法，就係用水加二氧化碳變成糖加氧氣：

6CO₂ + 6H₂O + 光 → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
6個二氧化碳分子 + 6個水分子 + 光 → 葡萄糖 + 6個氧分子

詳細啲嚟講，光合作用係分兩個階段，第一個叫光反應或者光化反應，呢個反應係指葉綠素或者其他葉片中嘅色素收集太陽光入面嘅能量，將呢啲能量暫時存放係一啲粒子令佢變成為高能量粒子。呢啲高能量粒子（即係NADPH 同埋ATP）會用喺第二個階段度，呢個階段叫暗反應或者固碳作用，並涉及卡爾文循環。呢個循環會用二氧化碳同埋先前嗰啲高能量粒子嚟造3-碳化合物，氧氣同埋將還原咗嘅NADPH₂氧化返做NADP。

由卡爾文循環造出嚟嘅三碳化合物（3-磷酸甘油醛，Glyceraldehyde 3-phosphate），就會離開卡爾文循環，用嚟造糖。

植物

大部份嘅植物都係光能自養生物，即係話佢哋都可以依賴光能嚟將無機物變成有機食物。光能除咗嚟自太陽光之外，重可以係其他光源。佢哋唔使食其他生物嚟攝取佢哋嘅養份都可以維持生命，所以佢哋又叫做生產者。而自養生物重有另一種，稱為化能自養生物，佢哋用化學能嚟代替光能做「光合作用」，稱為化合作用，用同樣原理製造到食物，呢啲化學能嚟自氧化還原反應。

光合作用所需要嘅能源，完全嚟自光中嘅光子。呢啲光子打中咗葉入面嘅還原劑，即係水，然後將水打散（稱為光解），得出高能量電子同埋氧。呢啲高能量嘅電子會經過一連串嘅電子鏈，釋放出能量，製造ATP同埋NADPH，提供能量進行化合反應。呢啲化合反應簡單啲嚟講就係將二氧化碳入面個碳還原返做碳水化合物（其中一種係糖），所以又叫固碳作用。

n CO₂ + 2n H₂O + ATP + NADPH → (CH₂O)_n + n H₂O + n O₂,
n 係根據最終合成出嚟嘅碳水化合物嘅構造嚟定義

暗反應造出嚟嘅三碳，除咗可以用嚟做糖之外，重可以用嚟做其他有機化合物，好似纖維素，其他脂類同胺基酸嘅生物合成中嘅基礎化合物，或者用嚟做細胞呼吸作用嘅燃料。其實除咗做纖維素呢個用途之外，當其他動物食咗植物之後，呢啲三碳俾動物吸收咗之後，喺動物身體入面都會用做到呢啲用途，呢啲靠食自養生物嚟維生嘅動物稱為異養生物。就結果嚟講，細胞呼吸作用可以作為光合作用嘅相反，呼吸作用就將食物同氧氧化為二氧化碳同埋能量，而光合作用就將二氧化碳同埋能量還原為食物同氧氣。不過，佢哋係用完全唔同嘅過程同機制做呢個轉化，所以絕對唔可以混為一談。

植物利用葉綠素嚟吸光做光合作用，所以大部份嘅植物睇起上嚟都好似綠色咁。不過，好多時葉綠素重會有其他輔助色素幫手吸光，好似胡蘿蔔素同埋葉黃素咁。佢哋同葉綠素一樣存在係葉綠體入面。雖然植物綠色嘅部份都有葉綠素，但主要都係樹葉負責吸光。而葉肉細胞每平方微米中，就擁有大約五十萬個葉綠體。

藻類以及細菌

藻類雖然比起陸上植物嚟講，構造比較簡單，但佢哋做光合作用嘅過程同陸上植物毫無分別，而且佢哋重比陸上植物擁有更多嘅輔助色素，所以佢哋又紅又綠，有好多種顏色。佢哋全部都會製造氧氣，而且大部份都係自養生物。佢哋有部份嘅異養生物，因為佢哋靠吸收由其他生物製造嘅物料。

而能夠進行光合作用嘅細菌，由於佢哋無細胞膜包住嘅細胞器，故此佢哋唔會有葉綠體。所以佢哋嘅光合作用會喺細胞入面進行。好似藍藻咁，佢哋有同葉綠體非常相似嘅細胞膜，並且係唯一可以進行有氧氣製造到出嚟嘅光合作用嘅原核生物。所以葉綠體除咗被認為係由細菌同另一啲生物演化而成，重被認為係藍藻嘅祖先。其他可以進行光合作用嘅細菌，佢哋會好多唔同種類嘅色素，稱為菌綠素，但係就唔會製造氧氣。咁有某部份嘅細菌，喺光解中，會用硫化氫代替水作為還原劑，並製造硫而唔係氧作為廢物。

過程

光合作用分為兩大步，第一步係將光能轉為化學能嘅光化作用，第二步就係利用轉化咗嘅化學能嚟做固碳嘅固碳作用，其中包括卡爾文循環。

光化作用

光化作用（英文：photochemical reactions，light-dependent stage），又稱光作用，發生喺擁有葉綠素同埋葉綠體（或者擁有類葉綠體細胞膜）嘅細胞度。呢個作用並唔涉及任何酶。步驟：

1. 電子激發
2. 電子傳遞鏈
3. 光解
4. 光化磷酸化作用

電子激發

喺光合作用，可見光中嘅光子係一個能量供給者。當光子打中葉綠素，其中一啲電子就會被激發。一般嚟講，當電子被激發，會被視為唔穩定，咁就會發生幾個情況，放返啲能量出嚟穩定返自己，第一個係變螢光，第二個就係發熱，第三個就係將啲多咗嘅能量畀隔離嗰啲粒子做反應，呢個情況又叫做共震轉送或者電能傳送，而第四個情況就會將嗰粒好高能量嘅電子掉畀隔離嗰粒粒子，但呢個情況會令粒電子所帶住嘅能量變少，呢個情況叫做電子傳遞。第三個同第四個情況就會引致光合作用。

一般嚟講，大部份嘅植物都有幾種唔同嘅葉綠素，而佢哋絕大部份都有葉綠素a 同埋b，再加多幾種唔同嘅色素，嚟將可吸收嘅光系增多，作為一個互補機制，令佢哋可以吸收多啲嘅能量做反應。呢啲都可以算係某啲自養生物嘅適應性，好似一啲生得比較矮嘅植物，或者生於較深海域嘅生物咁，佢哋未必夠人搶光，或者啲光根本入唔到去咁深嘅海域，所以佢哋就要有好多種唔同嘅色素去幫佢哋收集足夠嘅能量。咁成個負責吸光嘅系統就叫做光化系統。

一塊葉入面可以有好多個光化系統，不過喺入面就只得幾粒葉綠素會連到去光化反應中心，而幾粒葉綠素先會專係用嚟將啲光能轉做化學能。加埋先前提到嘅色素，佢哋會將吸收到返嚟嘅光能傳到去光化反應中心進行作用。

當塊葉俾光打中，其中有啲收光粒子嘅電子被激發，就會將激發能量過畀隔離嘅收光粒子，一路直到過到畀光化反應中心嘅葉綠素。呢粒葉綠素會被激發，然後會由電子捐獻者度升級一粒激發咗嘅電子去電子接受者，令到原本嘅電子捐獻者少咁粒電子，而電子接收者就多咗粒電子，於是就形成「+」同「-」二極。呢個光激發最後引致電子極差並誘發後嚟嘅氧化還原反應鏈。

產品

氧氣、澱粉同水

參考

《植物生物學》第四版 周雲龍 劉全儒

《科學實驗王4：光合作用與呼吸作用》 小熊工作室