光合作用及其組份的生物進化

謝藝萱

【摘 要】光合作用，是一個生化過程，主要是指含有葉綠體的綠色植物與某些細菌發(fā)生光反應和碳反應后，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)換成有機物能量的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。光合作用，是高中生物課程和化學課程的必修內(nèi)容。所以，作為一名高中生，為了提高課程學習效率，必須深入了解光合作用的相關(guān)內(nèi)容。同時，善于分析光合作用組份的進化，最終實現(xiàn)光合作用知識的有效內(nèi)化。本文，首先分析了光合作用的起源。然后，闡述了生物進化的相關(guān)知識點。

【關(guān)鍵詞】光合作用；組份；生物進化

從一個高中生角度來看，能夠說出光合作用，掌握光合作用化學反應方程式，認識光合作用中的光反應和暗反應是必備的能力。所以，在日常學習中，必須提高對光合作用學習問題的重視。同時，在光合作用相關(guān)知識實際學習過程中，注重探索輔因子、葉綠素、蛋白質(zhì)復合體等主要組份的生物進化，通過對組份進化內(nèi)容的分析，達到重點知識的高效性學習目的，提高整體知識學習效果，獲得優(yōu)異的成績。

一、光合作用的起源

1977年，Weise和Koegh、徐桂榮等學者在研究工作開展過程中已經(jīng)提出了“光合作用”這一概念，并注重把“光合作用”界定為生物從光中獲取能量，消耗ATP，產(chǎn)生ATP，完成生命光合營養(yǎng)的過程[1]。2007年，Nisbet等人，也加入到了光合作用的研究行列，并深入分析了ATP，發(fā)現(xiàn)ATP可經(jīng)過水解作用生成二磷酸腺苷為生化過程提供能量，支撐光合反應過程的發(fā)生。

光氧生物的光合作用主要表現(xiàn)在，在完成生命的光合營養(yǎng)時，注重把光作為能量來源。然后，利用二氧化碳、水等，發(fā)生反應過程。但是在光合作用反應中，光氧生物必須含有一定量的葉綠素，只有如此，才能經(jīng)過如下反應，把水和二氧化碳轉(zhuǎn)換成有機物和氧氣。

光解作用：2H2O→4H+O2

固碳作用：CO2+2H2→（CH2O）+O2

光合作用：H20+CO2→（CH2O）+O2

二、光合作用組份的生物進化

（一）輔因子進化

光合作用是一個相對復雜的反應過程，所以，作為一名高中生，必須努力尋求光合作用知識學習重點。同時，深入探討光合作用組份的生物進化。其中，輔因子的進化，主要是指FeS簇、血紅素、醌等進化過程。FeS簇作為光合作用的輔因子，它有著調(diào)節(jié)作用。即當含有葉綠素的植物與細菌發(fā)生光合作用時，F(xiàn)eS簇將對光合作用電子傳遞過程進行調(diào)節(jié)。如，Rieske FeS蛋白的電子傳遞調(diào)節(jié)等等，但是，在FeS簇進化時，它的功能結(jié)構(gòu)幾乎沒有變化。而血紅素作為光合作用輔因子之一，它主要是以古細菌的祖先形式出現(xiàn)。醌，作為光合作用輔因子之一，它的進化過程相對復雜。起初，醌是以甲基萘醌的形式出現(xiàn)，英文稱menaquinone，簡稱MQ。MQ起初存在于酸桿菌中。而后，經(jīng)過一段時間的進化，甲基萘醌逐步進化成了質(zhì)體醌。

（二）葉綠素進化

葉綠素是光合作用進化過程中的主要組成部分之一，所以，高中生在光合作用相關(guān)知識學習過程中，應深入分析葉綠素的進化。包括葉綠素a和細菌葉綠素a。

葉綠素a簡稱Chla，它主要存在于藍藻中。

細菌葉綠素簡稱BChla，它主要存在于陸生植物中。如，紫細菌、綠硫菌等均是BChla的一種存在形式。但是在葉綠素產(chǎn)生之前，光合生物的色素分子主要是卟啉，后經(jīng)過光合作用的進化，Chla和BChla等葉綠素逐漸形成，這些葉綠素分子的出現(xiàn)，代替了原有的卟啉，讓光合反應過程能夠有序進行[2]。因為，葉綠素分子與卟啉相比，吸收波長范圍更廣。所以，可滿足光合生物的光合作用要求，并支撐生物的氧化還原反應。

從以上的分析中即可看出，葉綠素進化是光合作用生物進化的主要內(nèi)容之一。所以，高中生在光合作用知識學習時，應注重探討葉綠素生物進化方面的問題。

（三）蛋白質(zhì)復合體進化

在光合作用的生物進化中，蛋白質(zhì)的復合體進化也是其內(nèi)容之一，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，反應中心的進化。它主要包括了FeS反應中心、Q型反應中心、PSⅡ反應中心等等。其中，F(xiàn)eS反應中心由13個亞基和193個輔因子構(gòu)成。Q型反應中心，是由20個亞基和50輔因子所構(gòu)成。在整個反應中心進化時，會先把電子傳給四吡咯化合物，再給醌。同時，在進化階段，基本組份和單體功能基本沒有任何變化[3]。

第二，ATP合酶的進化。它的起源是古細菌上的ATP酶，后因早期細胞膜的完整度不符合光合作用要求，對其進行了進化。

第三，捕光色素蛋白的進化。它是在色素進化的作用下，表現(xiàn)出了進化行為，并在進化過程中，逐漸豐富了LHC，即捕光色素蛋白的種類，改變了綠硫菌無法適應氧的問題。

三、結(jié)論

綜上可知，在高中階段，光合作用是生物課程和化學課程必須內(nèi)容。其中，生物課程注重研究生物的能量傳遞，而化學課程注重研究光合作用本身。不管怎樣，學好關(guān)于光合作用方面的知識，有利于提高高中生的整體學習成績，讓高中生的知識水平得到進一步提升。因而，高中學生必須注重從輔因子進化、葉綠素進化、蛋白質(zhì)復合體進化、碳同化途徑進化、光合生物進化等層面入手，探討光合作用相關(guān)問題，達到知識學習目的。

參考文獻：

[1]梅冥相，高金漢.疊層石形成的光合作用信號：來自于錐狀疊層石形態(tài)學研究的精妙啟示[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2015，12（06）：1328-1337.

[2]梅冥相，高金漢.光合作用的起源：一個引人入勝的重大科學命題[J].古地理學報，2015，15（05）：577-592.

[3]周峰，華春，楊平.光合作用及其組份的生物進化[J].生命的化學，2013，13（02）：87-90.