光合作用機制
前設認知
1. 光合作用的總化學文字方程式是甚麼?
2. 光合作用所需的條件是甚麼?
3. 光合作用的產物是甚麼? 各產物的去向分別是甚麼?
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以下的問題用以協助記憶，亦方便檢測自己對這內容的熟悉程度。
建議根據以下每一問題，繪畫相關的資料。(建議答案在最後)
留意，不要死背這些問題的答案，這樣很難完整記下整個呼吸作用的機制的，亦不能掌握不同反應之間的關係。
詳細機制的認識
[整體上]
1. 光合作用分為哪兩個主要階段? 各主要階段於甚麼構造進行?
2. 這兩階段分別需要甚麼主要條件?
[有關光反應]
1. 光反應(亦是光合作用)起始於甚麼反應? 這反應於甚麼構造上發生?
2. 葉綠素分子吸收光後，會發生甚麼事?
3. 葉綠素分子失去電子後，會處於甚麼狀態?
4. 失去電子的葉綠素分子從甚麼分子中取回電子，從而變回穩定狀態?
5. 水分子失去電子，會變得不穩定，會被分解成甚麼物質? 這分解過程稱為甚麼?
6. 由受刺激的葉綠素分子釋出的高能量電子，如何把能量轉至其他分子? 這過程稱為甚麼?
7. 光磷酸化這過程，為何稱為「光磷酸化」?
8. 由水分子分解釋出的氫原子含高能量，這些能量又如何轉至其他分子?
9. 整體而言，光反應的原料是甚麼? 產物又是甚麼? 各產物的去向分別是甚麼?
10. 整體而言，光的能量，經過光反應後，以甚麼形式轉移至甚麼分子?
[有關卡爾文循環]
1. 卡爾文循環又稱為「暗反應」。為甚麼?
2. DSE程度中，卡爾文循環內有多少種化合物? 分別叫做甚麼? 循環內這些化合物的流向是如何的?
3. 卡爾文循環的反應中，原料是甚麼?
4. 二氧化碳是於循環中哪一過程加入的? 這反應過程稱為甚麼?
5. 從光反應而來的化合物，加入至卡爾文循環中哪些反應過程? 這些化合物會轉化成甚麼?
6. 由三碳化合物轉成磷酸丙糖的過程稱為甚麼? 這個過程需要甚麼分子加入?
7. 磷酸丙糖會轉化成甚麼分子?
8. 整體而言，光的能量經過甚麼物質及過程，最終轉移至葡萄糖內?
9. 磷酸丙糖轉成五碳化合物這過程稱為甚麼? 這過程需要甚麼分子加入? 為甚麼需要這分子?
10. 二氧化碳受體指的是卡爾文循環中哪一化合物? 為甚麼這化合物稱為二氧化碳受體?
11. 光合作手的轉換能量效率並不是百分百的。試說明部分能量於甚麼過程中流失掉?
[進階問題]
1. 如果二氧化碳濃度不足，卡爾文循環中哪三個化合物的濃度分別有甚麼變化? 試加以解釋。
2. 一般而言，於晚間，植物會否進行暗反應(卡爾文循環)? 試加以解釋。
3. 少數植物，無法於日間進行卡爾文循環。試估計這類植物於甚麼環境下生存?
4. 光磷酸化屬電子傳遞過程，為何必須要於膜上進行? 而為何卡爾文循環的反應又可以在基質內進行?
5. 如果卡爾文循環沒有進行的話，一般情況下，於日間，光反應會否可以繼續進行? 試加以解釋。
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詳細機制的認識
[整體上]
1. 光合作用分為哪兩個主要階段? 各主要階段於甚麼構造進行?
答: 光反應及卡爾文循環(暗反應)。光反應於葉綠體內的類囊體膜上進行。而卡爾文循環於葉綠體內的基質內進行。
2. 這兩階段分別需要甚麼主要條件?
答: 光反應需要葉綠素、水及光。卡爾文循環需要二氧化碳及來自光反應的能量載體。
[有關光反應]
1. 光反應(亦是光合作用)起始於甚麼反應? 這反應於甚麼構造上發生?
答: 起始於葉綠素吸收光。這反應於葉綠體內類囊體上的類囊體膜上發生。
2. 葉綠素分子吸收光後，會發生甚麼事?
答: 會被激發出高能量的電子。
3. 葉綠素分子失去電子後，會處於甚麼狀態?
答: 會變得不穩定。(不穩定的意思是很容易會從周圍分子中搶走電子)
4. 失去電子的葉綠素分子從甚麼分子中取回電子，從而變回穩定狀態?
答: 水分子。
5. 水分子失去電子，會變得不穩定，會被分解成甚麼物質? 這分解過程稱為甚麼?
答: 會分解成氧及氫。氧以氧氣形式釋出葉綠體外。而氫以高能量的氫原子形式釋出，會被NADP吸收。這過程稱為「光水解」，因此這水解過程使用的能量來源是光。
6. 由受刺激的葉綠素分子釋出的高能量電子，如何把能量轉至其他分子? 這過程稱為甚麼?
答: 這些高能量電子會被ADP吸收，再加上磷酸，轉成ATP。高能量電子的能量轉移至ATP內。這過程稱為「光磷酸化」，屬於電子傳遞的反應之一。
7. 光磷酸化這過程，為何稱為「光磷酸化」?
答: 這過程涉及加人一個磷酸分子至ADP上，這過程是合成化謝，需要能量的參與，而這能量來源是光。
ADP ------>ATP 較準確的寫法是 ADP + Pi ------> ATP
8. 由水分子分解釋出的氫原子含高能量，這些能量又如何轉至其他分子?
答: 高能量的氫原子會被NADP吸收，形成NADPH+ (或寫成NADPH / NADPH2 / 還原NADP)
9. 整體而言，光反應的原料是甚麼? 產物又是甚麼? 各產物的去向分別是甚麼?
答: 光反應的原料是水分子。產物是氧氣、ATP及NADPH。(留意，光不是原料)
對光反應而言，ATP及NADPH是產物，於整個光合用而言，ATP及NADPH是中間產物。
氧氣會釋出至葉綠體外，供植物細胞進行呼吸作用，剩餘的會釋出植物外至大氣中。
ATP及NADPH都會進入卡爾文循環中，繼續進行下一階段的光合作用反應。
10. 整體而言，光的能量，經過光反應後，以甚麼形式轉移至甚麼分子?
答: 以化學能形式，轉移至ATP及NADPH。
[有關卡爾文循環]
1. 卡爾文循環又稱為「暗反應」。為甚麼?
答: 因為不需要光。但不是代表於夜間才進行。絶大部分的植物內，卡爾文循環仍然是於日間進行的。
2. DSE程度中，卡爾文循環內有多少種化合物? 分別叫做甚麼? 循環內這些化合物的流向是如何的?
答: 3 種。分別叫五碳化合物、三碳化合物及磷酸丙糖。流向是五碳化合物-->三碳化合物-->磷酸丙糖-->五碳化合物，不斷循環。
留意，五碳化合物及三碳化合物不是兩種化合物的真正名稱，祇是DSE程度簡化下的叫法而已。
3. 卡爾文循環的反應中，原料是甚麼?
答: 二氧化碳。ATP及NADPH。
4. 二氧化碳是於循環中哪一過程加入的? 這反應過程稱為甚麼?
答: 五碳化合物至三碳化合物這過程。這反應稱為固碳反應。
留意，1個二氧化碳加1個五碳化合物分子，會變成1個六碳化合物分子(不在DSE範圍內)，再分解2個三碳化合物分子。
5. 從光反應而來的化合物，加入至卡爾文循環中哪些反應過程? 這些化合物會轉化成甚麼?
答: ATP及NADPH都加入至三碳化合物至磷酸丙糖過過程中。釋出能量後，ATP會變回ADP; 而NADPH會變回NADH。之後再回至光反應中參與反應。
6. 由三碳化合物轉成磷酸丙糖的過程稱為甚麼? 這個過程需要甚麼分子加入?
答: 三碳化合物還原。這過程需要ATP及NADPH。
留意，實際上這不是一個反應，而是起碼2個，分別吸收ATP及NADPH分子的能量。
7. 磷酸丙糖會轉化成甚麼分子?
答: 葡萄糖。
8. 整體而言，光的能量經過甚麼物質及過程，最終轉移至葡萄糖內?
答:光的能量透過ATP及NADPH作為中間的能量載體，最終能量轉移至葡萄糖內。
9. 磷酸丙糖轉成五碳化合物這過程稱為甚麼? 這過程需要甚麼分子加入? 為甚麼需要這分子?
答: 這過過稱為「二氧化碳受體再生」。需要加入ATP。因為這是一個合成過程，三碳化合物(磷酸丙糖)變成分子較大的五碳化合物。
10. 二氧化碳受體指的是卡爾文循環中哪一化合物? 為甚麼這化合物稱為二氧化碳受體?
11. 光合作用的轉換能量效率並不是百分百的。試說明部分能量於甚麼過程中流失掉?
答: 其實任何一個能量轉換的過程(化學反應)都會流失能量! 因為每個分子或電子皆含有不同 固定的能量值。例如光能到達葉綠素分子後，部份能量會使葉綠素子電子被激活，但激活所需的能量是固定的，多餘的能量便會散失(一般以熱能形式)。同一道理，光化磷酸化過程，激活的電子內的能量也不能全數轉移至ATP內。(例設激活電子含100J，但每個ATP祇含40J話，那於這過程中便有60J能量流失)。這亦是為甚麼生物體內有多種能量載體的原因，而能量值最少的載體是ATP，ATP亦是生物體使用能量的主要形式。
當然，還有一個較易明白的原因，陽光的白光內，祇有紅光(能量較弱)及藍光(能量較強)才會被葉綠素吸收，綠光會被反射，因此綠光的能量便不會被轉換了。
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