叶绿体中发生的光合作用将二氧化碳变为氧气只是结果的一种表象,事实是二氧化碳全部被固定同化了,释放的氧气来自于水的光解,不是由二氧化碳转化反应而来的。而且在这个过程中氧气是先释放的,而二氧化碳的固定发生在释放氧气之后。发生在叶绿体中的光合作用总体发生的反应如下图
根据是否需要光能的参与可以分为光反应和暗反应。这两个反应相对独立,除了是否依赖光的区别,发生在叶绿体在发生的场所和时间也不一样,光反应发生在类囊体膜上,而暗反应发生在叶绿体基质中。
在光反应中,需要光参与。嵌合在光合膜上光系统上的光合色素吸收光能激发,激发出的高能电子从周围的水分子中夺得电子,造成水的分解,时放出氧气。电子通过类囊体膜中的电子传递链传递,并将H+质子从叶绿体基质传递到类囊体腔,建立的电化学质子梯度用于ATP的生物合成,光能转化成不稳定的化学能(ATP和NADPH),光反应整体反应如下。
而暗反应就是消耗光反应合成产物ATP和NADPH用于二氧化碳固定的的过程,将活跃的化学能转变储存为稳定的化学能葡萄糖。在不同类型植物中有所区别,在C3植物中为典型的卡尔文循环,此外还有C4植物和景天科酸代谢途径植物。在卡尔文循环中,二氧化碳首先与植物体内的C5(五碳化合物)结合,使二氧化碳被固定。一分子二氧化碳被一个C5固定后,生成两个C3,之后经过一系列反应直接产物是G3P,最后形成终产物葡萄糖。
所以光合作用中氧气的释放是光反应的第一个化学反应,氧原子实际上来源于水分子,而不是二氧化碳,二氧化碳的固定发生在氧气生成之后。