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第三章 光合作用太阳的召唤（第6页）

在这些实验中首先要注意的，就是热力学造成的有趣结果。

光合作用，顾名思义就是要合成东西，不只合成有机分子，同时还合成生命的“能量货币”

——ATP。

出乎意料的是，两者似乎有某种偶联关系，光合作用合成越多有机分子，也就产生越多的ATP，反之亦然（如果有机分子产量降低，ATP也会跟着减少）。

显然太阳慷慨地同时提供了两份午餐。

让人惊讶的是，希尔仅从这一现象就看透了光合作用的内部机制。

俗话说得好：所谓天才就是比其他人先一步看到明摆着的事实。

[4]

如同希尔难懂的语言风格，Z型反应这个名称其实也有误导之嫌。

字母Z其实应该转90度变成N，才是对光合作用能量变化比较精确的描述。

先看看N左边那垂直上升的一笔，这代表一个吸能反应，要由外界提供能量让它进行。

接着成对角线的下斜笔画则代表一个放能反应，它放出的能量将被撷取，并以ATP的形式储存起来。

最后上升的一笔又是一个吸能反应，又要靠外界提供能量。

光合作用的两个光系统——光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，刚好就位于字母N的两根支柱的底部。

一个光子撞击光系统Ⅰ，将一个电子激发到比较高的能级，接着这个电子的能量会像下楼梯一样，经由许多反应释放出来，刚好用来合成ATP。

当电子降到低能级时正好来到光系统Ⅱ，而第二个光子又再度将这个电子激发到高能级，此时电子会直接传给二氧化碳去合成糖。

下图像游乐园里的力量测试游戏机的漫画，可以帮助我们了解整个过程（见图3.1）。

在图中打击者用一个槌子敲击跷跷板，让另一端的金属环往上冲，传给站在顶端的人。

在这个游戏机里，槌子提供能量激发了金属环，而在光合作用里阳光做了这件事。

图3.1　Z型反应漫画。

光子的能量被画成一个槌子，将电子激发到高能级。

接着电子被传递到一个较低的能级，该过程会释放出一些能量供细胞使用。

第二个光子又将电子激发到更高的能级，在那里，电子被捕获形成一个高能量的分子（NADPH），然后与二氧化碳反应，形成一个有机分子。

整个Z型反应（如果你愿意，叫它N型反应也可以）的作用过程迂回难解，但是它背后却有个很好的理由。

因为如此一来既可以从水中取出电子，又可以将二氧化碳合成糖，除此之外，化学上怕是别无他法。

这主要关系到电子转移的本质，或用术语来说是某些特定化合物对电子的化学亲和力。

如前所述，水分子极为稳定，意味着电子和水分子的亲和力极高。

要从水中偷走电子，就需要非常大的拉力，或者说，需要一个很强的氧化剂。

这个强力氧化剂就是处于贪婪状态的叶绿素。

它好像分子版的化身博士，温和的杰基尔医生在吸收光子的高能量之后瞬间变成海德先生。

[5]然而一般来说，很会抢的人就不容易放手。

一个分子如果很会抢电子，在化学活性上就很不喜欢丢电子，就好像孤僻的海德先生，或任何一个贪婪的守财奴一般，绝不会心甘情愿地把他的财富送人。

这种形态的叶绿素也是如此，当它被太阳能活化之后就拥有把电子从水中抢走的能力，但是不轻易把电子送人。

用化学术语来说，它是一个强氧化剂、弱还原剂。

二氧化碳面临的问题完全相反。

它本身也是一个非常稳定的分子，所以不太想再被塞进多余的电子。

除非旁边有一个很强的推电子者，二氧化碳才会不得不吞下这个电子，用化学术语来说就是要有一个强还原剂。

这就需要另一种形态的叶绿素，一种很会推电子但不喜欢拉电子的叶绿素。

这种叶绿素不像守财奴，而像街头小混混，强迫路过的无辜受害者购买赃物。