光合成の定義
光合成は、光のエネルギーをグルコース分子の結合に変換する生化学的経路です。光合成のプロセスは2つのステップで発生します。最初のステップでは、光からのエネルギーがアデノシン三リン酸（ATP）とニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）の結合に蓄積されます。これらの2つのエネルギー貯蔵補因子は、光合成の2番目のステップで使用され、二酸化炭素（CO2）に由来する炭素分子を組み合わせて有機分子を生成します。光合成の2番目のステップはカルビン回路として知られています。次に、これらの有機分子をミトコンドリアで使用してATPを生成したり、組み合わせてグルコース、スクロース、その他の炭水化物を形成したりすることができます。プロセス全体の化学反応式を以下に示します。
光合成式
上記は光合成の全体的な反応です。この植物は、光からのエネルギーと水からの水素と電子を使用して、二酸化炭素に含まれる炭素をより複雑な分子に結合します。 3炭素分子は光合成の直接の結果ですが、グルコースはこれらの分子の2つを組み合わせたものであり、多くの細胞システムではグルコースが基本分子であるため、光合成の直接の結果として表されることがよくあります。また、副産物として6つのガス状酸素分子が生成されていることにも気付くでしょう。植物は、酸化的リン酸化の際にミトコンドリアでこの酸素を使用することができます。酸素の一部はこの目的で使用されますが、大部分は大気中に放出され、植物由来の糖分子で呼吸し、独自の酸化的リン酸化を受けることができます。また、この方程式は両側に水を示していることに気付くでしょう。これは、光反応中に12個の水分子が分割され、カルビン回路中およびサイクル後に6個の新しい分子が生成されるためです。これはプロセス全体の一般的な方程式ですが、この経路に寄与する多くの個別の反応があります。
光合成の段階
光反応
光反応は、植物細胞の葉緑体のチラコイド膜で起こります。チラコイドには、フォトシステムとして知られるタンパク質と酵素のクラスターが密集しています。これらのシステムは2つあり、互いに連携して水から電子と水素を除去し、それらを補因子ADPとNADP +に転送します。これらのフォトシステムは、発見された順序で名前が付けられました。これは、電子がそれらを流れる方法とは逆です。下の画像に見られるように、光エネルギーによって励起された電子は、最初に光化学系II（PSII）を流れ、次に光化学系I（PSI）を通り、NADPHを生成します。 ATPは、水素原子の蓄積を利用してADPへのリン酸基の付加を促進するタンパク質ATPシンターゼによって作成されます。
システム全体は次のように機能します。フォトシステムは、一連の色素分子を取り囲み、接続するさまざまなタンパク質で構成されています。色素は、さまざまな光子を吸収する分子であり、電子を励起することができます。クロロフィルaはこれらのシステムで使用される主要な色素であり、電子を放出する前に最終的なエネルギー伝達を収集します。光化学系IIは、光エネルギーを使用して水分子を分割することにより、この電子プロセスを開始します。水分子は、電子を吸い上げながら水素を放出します。次に、電子はプラストキノンを通過します。プラストキノンは、チラコイド空間により多くの水素を放出する酵素複合体です。次に、電子はチトクローム複合体とプラストシアニンを通って光化学系Iに到達します。これらの3つの複合体は、ミトコンドリアで見られるものとよく似た電子伝達系を形成します。次に、光化学系Iはこれらの電子を使用して、NADP +からNADPHへの還元を促進します。光反応中に生成される追加のATPは、ATP合成酵素に由来します。ATP合成酵素は、水素分子の大きな勾配を使用してATPの形成を促進します。
カルビン回路
電子キャリアNADPHそしてATPはすべて電子でいっぱいになり、植物は今や貯蔵可能なエネルギーを作り出す準備ができています。これは、ミトコンドリアで見られるクエン酸回路と非常によく似たカルビン回路の間に起こります。ただし、クエン酸回路は3炭素分子からATPの他の電子キャリアを生成しますが、カルビン回路はNADPHとATPを使用してこれらの生成物を生成します。下の図に示すように、サイクルには3つのフェーズがあります。
最初のフェーズでは、5炭素の糖に炭素が追加され、不安定な6炭素の糖が生成されます。フェーズ2では、この糖は2つの安定した3炭素糖分子に還元されます。これらの分子のいくつかは他の代謝経路で使用することができ、輸出されます。残りは、カルビン回路を循環し続けるために残っています。第3段階では、5炭素糖が再生され、プロセスが最初からやり直されます。カルビン回路は葉緑体のストロマで発生します。カルビン回路の一部とは見なされていませんが、これらの製品はさまざまな糖や構造分子を作成するために使用できます。
光合成の製品
光反応の直接生成物とカルビン回路は、3-ホスホグリセリン酸とG3P、3炭素糖分子の2つの異なる形態です。これらの分子のうち2つを組み合わせると、1つのグルコース分子に等しくなります。これは光合成式で見られる生成物です。これは植物や動物の主な食料源ですが、これらの3炭素骨格はさまざまな形に組み合わせることができます。注目に値する構造形態はセルロースであり、本質的にブドウ糖のストリングで作られた非常に強い繊維状の材料です。糖と糖ベースの分子に加えて、酸素は光合成の他の主な産物です。光合成から生成された酸素は、地球上のすべての呼吸する生物に燃料を供給します。
クイズ
1。カルビン回路を完了するには、二酸化炭素が必要です。二酸化炭素は、気孔、または葉の表面の小さな穴を介して植物の内部に到達します。暑い日の水分喪失と完全な脱水を避けるために、植物は気孔を閉じます。植物は光合成を続けることができますか？
A。はい、光がある限り
B。いいえ、CO2がないと、プロセスを続行できません
C。軽い反応だけが続きます
2。光合成の産物が非光合成生物にとって重要なのはなぜですか？
A。それは地球上のほとんどのエネルギーの基礎です
B。彼らは植物によって組み立てられたマイナーな栄養素を必要とします
C。義務的な肉食動物にとっては重要ではありません
3。なぜ植物は水を必要とするのですか？
A。光合成用
B。構造
Cの場合。栄養素を移すために
D。上記のすべて