上節我們了解了細胞呼吸。細胞呼吸需要消耗有機物，有機物從哪裡來？今天我們就來一起了解。

　　地球上的絕大多數能量都來自于太陽。能将太陽能轉化為我們所需的，有機物中的化學能的反應，便是光合作用。光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑，我們所需的有機物，也是光合作用産生的。

　　地球上的絕大多數能量來源于太陽

　　光合作用發生在綠色植物中，對于高等植物來說，葉片是進行光合作用的主要器官。光照在葉片上，葉片中的光合色素就能吸收光能，将其轉化為化學能。光合色素有葉綠素、類胡蘿蔔素和葉黃素等等，它們吸收的光波長有區别，但都可以用于光合作用。

　　光合色素分布葉綠體中。葉綠體是一個由雙層膜包裹，内部存在一個個圓餅狀囊狀結構的細胞器。這些囊狀結構被稱為類囊體，類囊體堆疊起來形成基粒。吸收光的光合色素就分布在類囊體薄膜上。每個基粒都是由多個類囊體組成的，葉綠體中含有大量的類囊體，極大地擴展了受光面積。

　　葉綠體的内部結構

　　光能被光合色素吸收後将水分解為氧氣和氫離子，這被稱為水的光解。氫離子在類囊體腔中生成，使類囊體膜内外形成了質子濃度梯度，質子濃度梯度提供能量使ADP和Pi轉化為ATP。在類囊體外，經過酶的催化，氫離子與氧化性輔酶Ⅱ（NADP＋）結合形成還原性輔酶Ⅱ（也寫作[H]或NADPH）。這就是光合作用的第一個階段，稱為光反應階段，該階段必須有光才能進行。在這一階段，光能轉化為ATP與[H]中的化學能。生成的[H]和ATP将參與光合作用的第二階段。

　　光合作用的第二階段稱為暗反應階段，有沒有光都可以進行（隻要有原料）。暗反應階段是在葉綠體基質中進行的，在這一階段産生了糖類。

　　我們都知道，植物的光合作用可以吸收二氧化碳。二氧化碳是做什麼用的？為了探究這個問題，科學家卡爾文就做了這樣一個實驗：他用經過具有放射性的14C标記的二氧化碳，供小球藻進行光合作用，然後追蹤14C的去向，以此探明了二氧化碳中的碳是如何轉化為有機物中的碳的。

　　卡爾文

　　在特定酶的作用下，二氧化碳與一種五碳化合物（簡稱C5，也作RuBP）反應生成兩個三碳化合物（簡稱C3），該過程稱為二氧化碳的固定。C3在[H]與ATP的作用下被還原，一些在特定酶的作用下轉化為糖類（這就是光合作用的産物，也就是我們得到的有機物），一些經過一系列變化，又變回了C5。這兩種途徑分别被稱作C3的還原和C5的再生。由于這個過程形成了一個循環，且是由卡爾文探明的，所以暗反應階段也稱作卡爾文循環。

　　簡化後的卡爾文循環

　　在光合作用中，光反應與暗反應形成了一個緊密聯系的整體。光反應為暗反應提供能量，暗反應為光反應提供原料（NADP 、ADP和Pi）。兩者相互關聯，相互影響。

　　綠色植物可以以光為能源，通過光合作用獲得有機物。人、動物、真菌，隻能通過攝取自然界中已有的有機物來維持自身的生命活動。自然界中，是否存在不借助光能也能獨立合成有機物的生物呢？有的。自然界裡存在少數可以進行化能合成作用的細菌。所謂化能合成作用，就是利用自然界中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。例如硝化細菌，它能将土壤中的氨氧化為亞硝酸，再将亞硝酸氧化為硝酸。這兩個化學反應會釋放一定量的化學能，硝化細菌就能利用這些化學能合成有機物，維持自身活動。

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