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第三章 光合作用太阳的召唤2(第4页)

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光系统Ⅰ在细菌体内做的事和在植物体内一模一样。

它们会从无机物中拉走电子,变身成为分子版“街头混混”

,再把电子塞给二氧化碳去制造糖。

唯一不同的是电子来源。

光系统Ⅰ不从水分子里拉电子,因为它完全无法对付水分子,宁可挑硫化氢或铁,这两者都比水容易下手。

附带一提,植物光系统Ⅰ里的共犯——NADPH,也可由纯化学手段合成,比如在第一章里面提到的海底热泉中就可以合成。

所以在这里,光系统Ⅰ利用NADPH把二氧化碳转换成糖,和之前提过的反应类似。

因此,光系统Ⅰ唯一革新的部分,就是利用光来完成以前只靠化学完成的工作。

另一件值得一提的事情是,把光转换成化学能其实一点都不稀奇,几乎所有的色素都可以做到。

色素分子里的化学键特别适合吸收光子。

当它们吸收光子时会把电子推往高能级,其他邻近的分子就比较容易抓到电子。

此时这个色素分子就被光氧化了,从而带上正电,它需要再找一个电子来平衡账目,所以会从铁或硫化氢里面拉出一个电子。

这就是叶绿素做的事。

叶绿素是一种紫质(或称作卟啉),在结构上和我们血液里携带氧气的血红素非常相近(血红素是一种色素,是血液呈红色的原因)。

还有很多其他的紫质也可以利用光做类似的事情,不过有些时候会产生负面结果,比如造成紫质症。

[8]重要的是,紫质是在外太空小行星上可以找到的较复杂的分子之一,它也可以在实验室里的无机环境中合成。

换言之,紫质很有可能在早期地球上自行诞生。

所以光系统Ⅰ就是利用紫质这个很简单的色素,将它的光化学特性与细菌本身的化学反应结合在一起。

结果形成了一种非常原始的叶绿素,可以利用光能从“容易下手”

的材料中获取电子,比如铁或硫化氢,接着把电子传给二氧化碳去合成糖。

一个会利用光来产生食物的细菌就出来了。

那么光系统Ⅱ又是怎样的呢?利用光系统Ⅱ的细菌会玩另一种把戏。

这种形式的光合作用无法产生有机分子,但可以把光能转换成化学能,从而维持细菌生存,或者说给细胞发电。

它的机制也很简单,当光子撞击叶绿素分子时,一个电子就会被激发到高能级,和以前一样它也会被另一个分子抓住。

但接下来电子会沿着一条电子传递链,被许多分子一个传给一个,每传递一次电子就丢掉一些能量,直到回到最低能级为止。

该过程中放出来的能量,一部分会用来合成ATP。

至于最后那个筋疲力尽的电子,则又回到原来的叶绿素分子上,再度被激发,形成一个永不止息的循环。

也就是说,光将电子激发到高能级,电子回到低能级时放出能量,这些能量用ATP存起来,而ATP正是细胞可以使用的能量形式。

这个光合作用就是一个光激发的电流回路。

这种循环是如何出现的?答案还是一样,需要各种分子的混合和磨合。

光合作用的电子传递链,其实和呼吸作用的差不多,这些分子都在第一章提过的海底热泉中进化出来,现在只是借用它们来做点不一样的事情而已。

如同我们之前所说,呼吸作用是把食物中的电子抓出来,通过电子传递链送给氧气去合成水,中间释放出来的能量则可以用来合成ATP。

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