光合作用生化指标|茁彩生物

光合作用原理是生物学中的一个核心概念，它描述了绿色植物、藻类和某些细菌如何利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气的过程。

原初反应是光合作用中从叶绿素分子受光激发到引起第一个光化学反应为止的过程。它包含色素分子对光能的吸收、传递和转换。

光能的吸收：当一定波长范围内的可见光照射到绿色植物时，聚光色素系统的色素分子(如叶绿素a、b以及类胡萝卜素等)吸收光量子后，变成激发态。这些色素分子能够捕获并吸收光能，为后续的传递和转换提供能量基础。

光能的传递：光量子在色素分子之间以诱导共振方式进行快速传递。聚光色素将大量的光能吸收、聚集，并迅速传递到反应中心色素分子(如特殊状态的叶绿素a分子)。这种传递方式具有高效性和快速性，确保了光能的有效利用。

光能的转换：在反应中心色素分子处，光能直接被转变为化学能。这一过程中，反应中心色素分子将电子泵出，传给电子受体，同时又从电子供体处获得电子。这种电子的传递和转换是光合作用的核心环节，为后续的电子传递和光合磷酸化提供了能量基础。

电子传递和光合磷酸化是光合作用中形成活跃化学能(ATP和NADPH)的关键步骤。

电子传递：所有能进行放氧光合作用生物都具有PSI(光系统I)和PSII(光系统II)两个光系统。PSI能被波长700nm的光激发，又称P700;PSII吸收高峰为波长680nm处，又称P680。两个光系统通过电子传递链连接，并高度有序地排列在类囊体膜上。在PSII中，水分子被光解为氧气、质子和电子。电子随后通过电子传递链传递给PSI，并最终用于NADPH的生成。这一过程中，电子的传递伴随着质子的传递和跨膜电势差的建立。

光合磷酸化：光合磷酸化是指在光合作用中由光驱动并贮存在跨类囊体膜的质子梯度的能量把ADP和磷酸合成ATP的过程。这一过程与线粒体的氧化磷酸化类似，但驱动力量不同。光合磷酸化有两种类型：非循环光合磷酸化和循环光合磷酸化。在非循环光合磷酸化中，电子最终来自于水，最后传到氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)，同时生成ATP和NADPH。而在循环光合磷酸化中，电子在光系统之间循环传递，不伴随水的光解和氧气的释放，但也能生成ATP。

碳同化是光合作用中将活跃的化学能转变为稳定的化学能的过程。它通过将二氧化碳转化为糖类等有机物质来实现。

二氧化碳的固定：在卡尔文循环中，二氧化碳首先被固定为三碳化合物(如3-磷酸甘油酸)。这一过程需要消耗ATP和NADPH。随后，三碳化合物经过一系列酶促反应转化为六碳化合物(如葡萄糖)，并最终形成淀粉等产物。

卡尔文循环：卡尔文循环是高等植物固定二氧化碳的基本途径。它发生在叶绿体基质中，并需要一系列酶的催化作用。卡尔文循环可分为三个阶段：羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生。通过这三个阶段的循环进行，植物能够将二氧化碳转化为葡萄糖等有机物质。

其他途径：除了卡尔文循环外，高等植物还有C4途径和景天酸代谢途径等固定二氧化碳的生化途径。这些途径在某些特定条件下(如干旱、高温等)能够更有效地利用二氧化碳进行光合作用。然而，它们只能起固定、运转二氧化碳的作用，并不能够形成淀粉等产物。

叶绿素是植物进行光合作用的关键色素，其含量直接影响光合作用的效率。

分光光度法基于叶绿素在特定波长下具有吸光性的特性。通过测量叶绿素提取物在吸收波长处的吸光度，利用朗伯-比尔定律计算叶绿素的含量。

乙醇酸氧化酶是植物光呼吸中的一个关键酶，催化乙醇酸氧化生成乙醛酸。乙醇酸氧化酶催化乙醇酸氧化生成乙醛酸，通过不同的检测方法可以间接测定乙醇酸氧化酶的活性。常见的检测原理有两种：

乙醛酸和盐酸苯肼反应生成乙醛酸苯腙，在324nm处有特征吸收峰，通过测定乙醛酸苯腙的增加量即可得出乙醇酸氧化酶的酶活大小。

在弱碱条件下，乙醇酸氧化酶催化乙醇酸氧化生成乙醛酸和过氧化氢，以盐酸半胱氨酸为氢受体，接受乙醇酸氧化时脱下的H+，在340nm处有最大吸收，通过酶标仪测定吸光度值的变化，可计算出乙醇酸氧化酶的活性水平。

PFK是糖酵解途径中的关键酶，催化果糖-6-磷酸向果糖-1,6-二磷酸的转化。

其活性检测方法基于PFK催化果糖-6-磷酸向果糖-1,6-二磷酸的转化反应。在反应过程中，PFK催化果糖-6-磷酸的磷酸化，生成果糖-1,6-二磷酸，并释放出磷酸基团。通过测量反应过程中产生的磷酸的量或相关产物的变化，可以间接反映出PFK的活性水平。

Rubisco是光合作用中的一个关键酶，既控制着CO2的固定，又制约着碳素向Calvin循环和光呼吸循环的分流。

在Rubisco的催化下，1分子的核酮糖-1，5-二磷酸(RuBP)与1分子的CO2结合，产生2分子的3-磷酸甘油酸(PGA)，PGA可通过外加的3-磷酸甘油酸激酶和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的作用，产生甘油醛-3-磷酸，并使还原型辅酶I(NADH)氧化。因此，340nm吸光度的变化可计算还原型辅酶I氧化速率，还原型辅酶I氧化速率可反应Rubisco的活性。

G3PK是细胞内的一种重要酶，参与脂质代谢和能量代谢过程。

3-磷酸甘油酸激酶催化3-磷酸甘油酸和ATP产生1,3-二磷酸甘油酸和ADP，1,3-二磷酸甘油酸在3-磷酸甘油醛脱氢酶和NADH作用下产生3-磷酸甘油醛、NAD和磷酸，340nm处的吸光度变化反映了3-磷酸甘油酸激酶的活性的高低。