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关于光合作用中生成水的问题 1．光合细菌 能进行光合作用的细菌称之为光合细菌（photosynthetic bacteria）。光合细菌包括蓝细菌、紫细菌和绿细菌等。其中蓝细菌的光合过程与真核生物相似，紫细菌和绿细菌则不能分解水而需利用有机物或还原的硫化物等作为还原剂。例如：紫色硫细菌（purple-sulfur bacteria）和绿色硫细菌（green-sulfur bacteria）利用H2S为氢供体，在光下同化CO2：?CO2+2H2S →（CH2O）+2S+H2O ??（1-3） 光合细菌在光下同化CO2而没有O2的释放。因此，细菌光合作用是指光合细菌利用光能，以某些无机物或有机物作供氢体，将CO2还原成有机物的过程。　　1931年微生物学家尼尔（C．B．Van Niel）将细菌光合作用与绿色植物的光合作用加以比较，提出了以下光合作用的通式：?CO2+2H2A →（CH2O）+2A+H2O? ?（1-4） 这里的H2A代表一种还原剂，可以是H2S、有机酸等，对绿色植物而言，H2A就是H2O，2A就是O2。绿色植物光合作用中的最初光化学反应是把水分解成氧化剂（OH）与还原剂（H）。还原剂（H）可以把CO2还原成有机物质；氧化剂（OH）则会通过放出O2而重新形成H2O。? 绿色植物和光合细菌都能利用光能将CO2合成有机物，它们是光合自养生物。从广义上讲，所谓光合作用，是指光养生物利用光能把CO2合成有机物的过程。? 2．希尔反应 1939年英国剑桥大学的希尔（Robert．Hill）发现在分离的叶绿体（实际是被膜破裂的叶绿体）悬浮液中加入适当的电子受体（如草酸铁），照光时可使水分解而释放氧气： 4Fe3+＋2H2O → 4Fe2+＋4H+＋O2 ??（1-5） 这个反应称为希尔反应（Hill reaction）。其中的电子受体被称为希尔氧化剂（Hill oxidant），铁氰化钾、草酸铁、多种醌、醛及有机染料都可作为希尔氧化剂。希尔不但证明了给叶绿体照光可使水分解放氧，氧的释放与CO2还原是两个不同的过程，而且也是第一个用离体的叶绿体做试验，把对光合作用的研究深入到细胞器水平，为光合作用研究开创了新的途径。以后发现生物中重要的氢载体NADP+也可以作为生理性的希尔氧化剂，从而使得希尔反应的生理意义得到了进一步肯定。在完整的叶绿体中NADP+作为从H2O到CO2的中间电子载体，其反应式可写为：2NADP+＋2H2O →2NADPH＋2H+＋O2 ??（1-6）　　CO2也可看作为一种生理性的希尔氧化剂，因为向完整的叶绿体悬浮液中充入CO2或加入能产生CO2的试剂如NaHCO3，照光时叶绿体能发生放氧反应。 3．18O的研究 更为直接的证据是标记同位素的实验。1940年美国科学家鲁宾（S．Ruben）和卡门（M．D．Kamen）等用氧的稳定同位素18O标记H2O或CO2进行光合作用的实验，发现当标记物为H218O时，释放的是18O2，而标记物为C18O2时，在短期内释放的则是Ｏ2。这清楚地指出光合作用中释放的Ｏ2来自于 H2O。 CO2+2 H218O →（CH2O）+ 18O2+H2O ???（1-7）　　为了把CO2中的氧和H2O中的氧在形式上加以区别，表明光合作用中释放的Ｏ2全来自于H2O，而CO2中的一个O又被还原成H2O，因此，最终可用下式作为光合作用的总反应式： CO2+2H2O →（C H2O ）+ O 2+H2O ??（1-8）? 二、光合作用中水的变化 光反应阶段有水的光解，光反应包括光能吸收、电子传递、光合磷酸化等三个主要步骤。在反应过程中,来自于太阳的光能使绿色生物的叶绿素产生高能电子从而将光能转变成电能。然后电子通过在叶绿体类囊体膜中的电子传递链 间的移动传递,并将H+ 质子从叶绿体基质传递到类囊体腔,建立电化学质子梯度,用于ATP的合成。光反应的最后一步是高能电子被NADP+接受,使其被还原成NADPH。光反应的场所是类囊体。?光反应总反应式可写为：2H2O+2NADP++2ADP+2Pi → O2+2NADPH+2H++2ATP? （2-1） 这一反应成为非环式光合磷酸化作用，但由于在暗反应中每还原一个CO2需要3个ATP，所以还会存在另一ATP途径： ADP+Pi →ATP ?（2-2） 这就是环式光合磷酸化参加反应,这种反应需要水的参与，反过来则会生成水。卡尔文（Calvin）循环总反应式可写成： 3CO2＋9ATP＋6NADPH＋5H2O →TP＋9ADP＋8Pi＋6NADP+＋3H+ 然而，当我们一旦考虑非环式和环式磷酸化时，卡尔文（Calvin）循环总反应式就可以缩写为： CO2＋3ATP＋2NADPH＋2H+ →（CH2O）＋3ADP＋3