光合作用和光呼吸之间的区别

什么是光合作用

光合作用是利用阳光中的能量从二氧化碳和水开始生产葡萄糖的过程。叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素等光合色素会吸收阳光的能量。在植物和藻类中，这些色素被浓缩到叶绿体中。氧气作为光合作用的副产品释放。光合作用是地球上发生的将光能转化为化学能的关键过程之一。该过程产生的葡萄糖可用于在另一个称为细胞呼吸的过程中产生 ATP。

光合作用的过程可分为两种：光反应和暗反应。

光反应

光反应发生在谷粒的类囊体膜上，即嵌入叶绿体基质中的类囊体堆叠。光合色素被组织成类囊体膜上的光中心。光系统 II 吸收光能并传输到光中心，从而产生高能电子。这些高能电子通过细胞色素 b6f 复合物进入光系统 I。它们进一步通过一系列铁氧还蛋白载体，产生 NADPH。光系统中发生的电子缺陷是通过在称为光解的过程中分裂水分子来填补的。产生的氢离子用于生产 ATP。

图 1：光反应

暗反应

光反应之后是暗反应。在这里，光反应产生的 NADPH 和 ATP 用于从二氧化碳和水生产葡萄糖。通过 C3 循环发生的暗反应也称为卡尔文循环，它发生在叶绿体的基质中，无需使用光。碳的固定发生在卡尔文循环中，使用酶 RuBisCO（核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶/加氧酶）将二氧化碳中的一个碳原子固定到 RuBP（核酮糖 1, 5-二磷酸）中，产生 3 -磷酸甘油酸。一些 3-磷酸甘油酸分子还原形成葡萄糖，而其余部分则被回收以产生 RuBP。除了葡萄糖外，卡尔文循环还会产生 18 个 ATP 和 12 个 NADPH。

通过 C4 循环发生的暗反应称为 Hatch-Slack 途径，其中二氧化碳首先固定在 PEP 中，然后固定在 RuBP 中。

什么是光呼吸

光呼吸是在过量氧气存在下对卡尔文循环的抑制。它导致已经固定的二氧化碳的损失；因此，光呼吸减少了糖的合成并浪费了细胞的能量。 RuBisCO 与氧气结合的能力负责光呼吸。因此，在有氧气存在的情况下，RuBisCO 在卡尔文循环中向 RuBP 添加氧气而不是二氧化碳。在该反应中产生两个分子：3-PGA，它是卡尔文循环的中间体，以及磷酸乙醇酸，它不能进入卡尔文循环。因此，光呼吸从卡尔文循环中窃取或去除碳。此外，植物使用一系列反应来回收磷酸乙醇酸，这也会窃取细胞的能量。因此，光呼吸被认为是一种低效的产生能量的方法。

图 2：光呼吸和卡尔文循环

C4 循环通过二氧化碳的双重固定消除了这个问题。它通过 PEP 羧化酶将二氧化碳固定到 PEP（磷酸烯醇丙酮酸）中，在叶肉细胞中产生草酰乙酸。 PEP 羧化酶对二氧化碳的亲和力较高，而对氧气的亲和力较低。然后，草酰乙酸转化为苹果酸并运输到束鞘细胞。苹果酸在束鞘细胞内分解成二氧化碳和丙酮酸，从而增加细胞内二氧化碳的浓度。在高二氧化碳浓度存在下，RuBisCO 不与氧气结合。

光合作用和光呼吸之间的相似之处

光合作用和光呼吸之间的区别

定义

光合作用是指绿色植物和其他一些生物利用阳光从二氧化碳和水中合成养分的过程，而光呼吸是指植物在光线中吸收氧气并放出一些二氧化碳的呼吸过程，这与一般情况相反光合作用的模式。

二氧化碳/氧气

光合作用主要在二氧化碳存在下发生，而光呼吸主要在氧气存在下发生。这是光合作用和光呼吸之间的主要区别之一。

光的影响

光合作用的暗反应发生在夜间没有光的情况下，而光呼吸发生在白天有光的情况下。

植物类型

光合作用主要发生在 C4 植物中，而光呼吸主要发生在 C3 植物中。

RuBisCO 活动

RuBisCO 在光合作用中从 RuBP 产生 3-PGA，而 RuBisCO 在光呼吸中从 RuBP 产生 3-PGA 和磷酸乙醇酸。

碳固定

光合作用是植物固碳的主要过程，而光呼吸会浪费一些已经固定的碳。

能量固定

光合作用是植物能量固定的主要过程，而光呼吸会浪费细胞产生的一些能量。

效率

光合作用和光呼吸之间的另一个重要区别是产生葡萄糖的效率。光合作用是生产葡萄糖的有效过程，而光呼吸是生产葡萄糖的效率较低的过程。

结论

光合作用是利用阳光中的能量从二氧化碳和水生产葡萄糖的过程。在光合作用过程中，RuBisCo 酶与二氧化碳结合，将其添加到 RuBP 中。然而，光呼吸是光合作用的替代过程，其中 RuBisCO 酶与低浓度二氧化碳中的氧气结合。此外，光呼吸是一种效率较低的过程，因为它会浪费已经固定的碳和能量。因此，光合作用和光呼吸之间的一个重要区别是产生葡萄糖的效率。