你知道太阳，对吧?它是一个巨大的燃烧气体球，释放出如此多的能量，为地球上的每一个生物提供动力，从我们的绿色伙伴，植物开始。太阳发出各种各样的电磁辐射，植物利用这些以可见光形式出现的能量来完成这个疯狂的、看似神奇的过程光合作用．
然而，光合作用并不神奇——它只是这些被称为叶绿体的小细胞结构的化学杰作，叶绿体是一种只存在于植物和真核生物中的细胞器藻类(真核生物的意思是拥有一个明确定义的细胞核)捕捉阳光，并将能量转化为植物的食物。
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叶绿体从古代细菌进化而来
叶绿体的工作原理与线粒体很像，线粒体是在人体中发现的另一种细胞器真核细胞负责产生能量，这并不奇怪，因为两者都是在很久以前细菌被包围的时候进化的——但没有被消化!-更大的细菌。它导致了两种生物之间的一种强制合作，我们现在通过一个叫做“内共生假说”的东西来解释这种合作。叶绿体和线粒体都独立于细胞的其他部分繁殖，并拥有自己的DNA。
叶绿体可以在植物的任何绿色部分找到，基本上是一个袋中袋(这意味着有双层膜)，里面有很多小袋(这种结构被称为类囊体)含有一种吸收光线的色素叶绿素，悬浮在某些液体中(称为基质）.
叶绿体光合作用的关键在于它的膜。因为很久以前，叶绿体开始是一个独立的细菌，有自己的细胞膜，这些细胞器有两层细胞膜:外层细胞膜是包裹着细菌的细胞留下的，而内膜是细菌最初的细胞膜。把外膜想象成礼物上的包装纸，内膜想象成玩具最初装进去的盒子。光合作用最重要的空间是盒子内部和玩具之间的空间——类囊体。
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叶绿体像电池一样依靠梯度运行
叶绿体的双层膜创造了两个有四个不同空间的分隔器——细胞外的空间;细胞质:细胞内的细胞质;叶绿体内但在类囊体外的基质(又称内外膜、包装纸和盒子之间的空间);还有类囊体空间-基本上在原始细菌内部。类囊体本身就是一堆小袋子覆盖在细胞膜中，实际上是由细胞膜定义的。这些膜是一种分隔器，它不会让物质在空间之间随意游走，而是允许叶绿体在特定区域储存带电粒子，并通过特定通道将它们从一个空间移动到另一个空间。
“这就是电池的工作原理，”布兰登·杰克逊说生物与环境科学系位于弗吉尼亚州Farmville的Longwood大学。“把大量的负电子放在电池的一端，把大量的正电荷放在另一端，这需要消耗能量。如果你用一根电线将两端连接起来，电子就会向下流动，使它们之间的电化学梯度变平。它们非常想流动，如果你在电线上放一些东西，比如灯泡、马达或电脑芯片，它们就会在移动过程中发挥作用。如果它们不做一些有用的事情，运动仍然会释放能量，但只是热量。”
根据杰克逊的说法，为了在植物细胞中制造电池，必须有一个能量源和一些隔板来创造和保持梯度。如果允许梯度变平，产生梯度的一些能量就会逃逸。因此，在叶绿体电池的例子中，当植物从太阳吸收能量时，就会产生一种电化学梯度，覆盖在类囊体上的膜充当了从一些水分子中分离出来的不同浓度的氢离子(质子)之间的分隔器。
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按照能源
叶绿体内部发生了很多化学反应，但化学反应的结果是将阳光转化为储存的能量——基本上就是电池的产生。
所以，让我们跟随能量:
太阳照在树叶上。太阳能激发叶子中水分子中的电子，由于激发的电子四处弹跳，水分子中的氢原子和氧原子分裂，将这些激发的电子发射到光合作用的第一阶段——酶、蛋白质和色素的聚集，称为光合作用光系统II它可以分解水，产生氢离子(用于电池的质子和作为植物垃圾漂浮到空气中的氧气)。
这些被激发的电子被传递到其他一些膜结合蛋白上，这些蛋白利用这些能量为离子泵提供动力，将氢离子从膜之间的空间护送到类囊体空间，这是所有光合作用中依赖光的反应发生的地方。光系统和电子泵覆盖在类囊体膜的表面，从基质(类囊体和内膜之间的流体空间)将氢离子泵入成堆成堆的类囊体袋和这些离子真的想要摆脱这些类囊体，这就是产生电化学梯度的原因。通过这种方式，光能——当你外出时照射在你脸上的东西——被转换成一种电池，就像你的无线耳机的电池一样。
在这一点上,光系统I接管，安排临时储存电池产生的能量。现在电子已经被允许沿着梯度移动，它变得更放松了，所以它吸收一些光来重新给它提供能量，并把这些能量传递给一种特殊的酶，利用它，电子本身，和一个备用的质子来制造NADPH, NADPH是一种携带能量的分子，为化学能量提供短期存储，这些化学能量稍后会被用来制造葡萄糖。
在这一点上，光能现在在两个地方:它储存在NADPH中而且由于电化学梯度的差异，在类囊体内部的氢离子浓度与在它的外部基质中的氢离子浓度相比。
“但是类囊体内部的高氢离子梯度想要降解它需要退化，”杰克逊说。“梯度代表‘组织’——本质上是相反的熵．热力学告诉我们熵总是会增加，这意味着梯度一定会破坏。所以，每个类囊体内的氢离子都想逸出以便使内膜两边的浓度均匀。但是带电粒子不能随便通过磷脂双层膜，它们需要某种通道才能通过，就像电子需要电线才能从电池的一边到另一边一样。”
所以，就像你可以在电线上安装一个电动马达，让电子驱动汽车一样，氢离子通过的通道就是一个马达。这些质子通过为它们提供的通道，就像水沿着海拔梯度流过水力发电大坝一样，这种运动产生足够的能量，产生一种反应，产生ATP，这是另一种短期储存能量的形式。
现在，最初的光能以NADPH和ATP的形式转化为短期储存的化学能，这将在后面的暗反应(也被称为暗反应)中发挥作用卡尔文循环所有这些都进入基质，因为这种液体中含有一种酶，可以将NADPH、ATP和二氧化碳转化为糖，这些糖要么为植物提供营养，要么帮助呼吸，要么用来生产纤维素。
“像纤维素这样的复杂有机分子，是由葡萄糖组成的，需要大量的能量来制造，而这些都来自太阳，”杰克逊说。“在能量之后，它以光波能量开始，然后是激发电子能量，然后是电化学梯度能量，然后以NADPH和ATP的形式存在的化学能。氧气被呼出，NADPH和ATP在细胞内不被用来做其他事情，相反，它们被传递到碳固定循环中，其他酶将它们分解，提取能量，并利用它构建葡萄糖和其他有机分子。”
这一切都要归功于一种叫做叶绿体的小细胞器。
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