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光合作用是地球上最重要的生物化学过程之一。植物通过叶绿体中的叶绿素吸收光能，将二氧化碳和水转化为有机物，同时释放氧气。这个过程包括两个紧密相关的阶段：光反应发生在类囊体膜上，碳反应发生在叶绿体基质中。
光反应是光合作用的第一阶段，发生在叶绿体的类囊体膜上。叶绿素等色素分子吸收光能后被激发，水分子在光的作用下分解，产生氧气、质子和电子。电子通过一系列载体组成的电子传递链传递，释放的能量用于合成ATP。同时，电子和质子结合NADP+生成NADPH。光反应的产物ATP和NADPH为下一阶段的碳反应提供能量和还原剂。
碳反应也称为卡尔文循环，发生在叶绿体基质中。这个过程包括三个主要步骤：首先是二氧化碳固定，CO₂在RuBisCO酶的催化下与五碳化合物RuBP结合，形成不稳定的六碳化合物，立即分解为两个三碳化合物3-磷酸甘油酸。然后是还原阶段，利用光反应产生的ATP提供能量和NADPH提供氢，将3-磷酸甘油酸还原为甘油醛-3-磷酸。最后是再生阶段，大部分甘油醛-3-磷酸在ATP的作用下重新生成RuBP，少部分离开循环合成葡萄糖等有机物。
光反应和碳反应是光合作用中相互依存的两个阶段。光反应产生的ATP为碳反应提供能量，NADPH为碳反应提供还原剂，使二氧化碳能够被还原成有机物。同时，碳反应消耗ATP和NADPH后产生的ADP、磷酸和NADP+又返回光反应继续参与循环。光反应还产生氧气释放到大气中，而碳反应则产生葡萄糖等有机物供植物利用。整个光合作用可以用化学方程式表示为：六分子二氧化碳加六分子水，在光能作用下生成一分子葡萄糖和六分子氧气。
光合作用对地球生命具有极其重要的意义。首先，它为地球上几乎所有生物提供了食物和能量来源，植物通过光合作用制造的有机物成为食物链的基础，支撑着整个生态系统。其次，光合作用产生的氧气维持了大气中氧气的浓度，为需氧生物的呼吸提供必需条件。同时，光合作用还能吸收大气中的二氧化碳，有助于调节全球气候变化。总的来说，光合作用是地球生态系统能量流动和物质循环的基础，没有光合作用就没有今天丰富多彩的生命世界。