光反应思维导图

定义/本质

• 位置：叶绿体类囊体膜 (发生场所)
• 反应类型：光化学反应 (将光能转化为化学能)
• 关键产物：ATP (能量载体), NADPH (还原剂), O₂ (副产物)
• 需要条件：光照、水、光合色素、酶

过程/步骤

• 光能吸收与传递

  • 色素分子：叶绿素 (主要吸收红光和蓝紫光), 类胡萝卜素 (主要吸收蓝紫光)
  • 捕光复合物 (LHC)：收集光能并传递至反应中心
  • 反应中心：含有特殊叶绿素a分子，发生电荷分离
    • 光系统Ⅱ (PSⅡ)：核心色素P680，主要功能是光解水
    • 光系统Ⅰ (PSⅠ)：核心色素P700，主要功能是合成NADPH

• 水的裂解 (光解水)

  • 场所：PSⅡ内部，类囊体腔侧
  • 反应：2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
  • 意义：提供电子(e⁻)给电子传递链，提供质子(H⁺)进入类囊体腔，产生氧气(O₂)释放到大气

• 电子传递链 (ETC)

  • 过程：电子从PSⅡ的反应中心(P680)经一系列电子载体 (如质体醌PQ、细胞色素b₆f复合体、质体蓝素PC) 传递到PSⅠ的反应中心(P700)，再经电子载体传递到NADP⁺
  • 伴随现象：电子在传递过程中释放能量，部分能量用于将质子(H⁺)泵入类囊体腔，形成质子梯度

• ATP的合成 (光合磷酸化)

  • 原理：化学渗透假说 (Chemiosmosis)
  • 动力：类囊体腔内积累大量H⁺，形成高于基质的H⁺浓度梯度
  • 过程：H⁺通过膜上的ATP合酶 (CF₀CF₁) 从类囊体腔流向叶绿体基质，释放的能量驱动ADP和Pi合成ATP
  • 场所：类囊体膜上

• NADPH的生成

  • 场所：PSⅠ末端，叶绿体基质侧
  • 过程：电子传递到NADP⁺还原酶，将电子和从基质中获得的H⁺传递给NADP⁺
  • 反应：NADP⁺ + 2e⁻ + H⁺ → NADPH
  • 意义：NADPH是一种强还原剂，储存了化学能和还原力

意义/作用

• 能量转换：将吸收的光能转化为储存在ATP和NADPH中的活跃化学能
• 提供原料：为后续的碳反应 (卡尔文循环) 提供所需的能量(ATP)和还原力(NADPH)
• 释放氧气：光解水产生的O₂释放到大气中，维持大气氧气平衡

影响因素

• 光照强度：直接影响色素吸收光能的速率，是光反应的主要限制因素
• 光质：不同波长的光对光反应效率影响不同 (红光、蓝紫光最有效)
• 温度：影响光反应中酶的活性，过高或过低都会降低效率
• 水分：作为光解水的底物，缺水会直接影响光反应
• 矿质元素：如Mg是叶绿素的组分，P是ATP和NADPH的组分，缺乏会影响光反应

与碳反应的关系

• 场所不同：光反应在类囊体膜上，碳反应在叶绿体基质中
• 时间联系：光反应先于碳反应进行 (在光下进行)
• 物质联系：光反应产生的ATP和NADPH是碳反应进行所必需的能量和还原力；碳反应产生的ADP、Pi、NADP⁺是光反应合成ATP和NADPH的原料
• 相互依存：两者共同构成了光合作用的完整过程，紧密联系，相互促进。