光合作用的过程

为什么是这样

传统上把光合作用分成需要光的光反应（明反応）和不直接需要光的暗反应（暗反応）。现行日本教材分得更细：光化学反应、电子传递、ATP 合成在类囊体膜上进行，相当于光反应；卡尔文循环在基质中进行，相当于暗反应。

光化学系 II 的叶绿素吸收光能被激发，放出电子；失去的电子由水的分解补充，水分解产生 O₂ 和 H⁺。电子经电子传递系传到光化学系 I，途中把 H⁺ 从基质一侧运进类囊体内部。光化学系 I 再次吸收光能激发电子，电子最终把 NADP⁺ 还原成 NADPH。类囊体内积累的 H⁺ 顺浓度差经 ATP 合成酶流回基质，驱动 ADP 与磷酸合成 ATP，这叫光磷酸化（光リン酸化）。

卡尔文循环（カルビン回路）中，CO₂ 与五碳化合物 RuBP 结合生成两分子三碳化合物 PGA，催化这一步的酶是 RuBisCO（ルビスコ）。PGA 消耗 ATP 和 NADPH 被还原为 GAP，一部分 GAP 用来合成葡萄糖等有机物，其余再消耗 ATP 重新生成 RuBP，使循环继续。

定量表达

总反应式按日本教材写作 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O（吸收光能）。左边写 12 分子水，是因为 6 分子 O₂ 的 12 个氧原子都来自水。水的分解可写作 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻。

卡尔文循环可以按碳数记账。6 分子 CO₂ 与 6 分子 RuBP（C₅）结合，得到 12 分子 PGA（C₃），碳数 6+30=36；12 分子 GAP 中 2 分子（6 个碳）用于合成 1 分子葡萄糖，10 分子（30 个碳）用于再生 6 分子 RuBP。能量账：每固定 1 分子 CO₂ 消耗 3 分子 ATP 和 2 分子 NADPH，合成 1 分子葡萄糖共需 18 ATP 和 12 NADPH。