理系大学生huoが光合成についてわかりやすく解説

高校の内容から大学で学ぶ光合成についての内容を説明していきます。

光合成とは、植物が光エネルギー、二酸化炭素、水を利用してブドウ糖と酸素を作ることです。

細かく分けれると葉緑体のチラコイドとストロマの2箇所で行われています。

植物が生きていくためにブドウ糖を作る過程で作られた酸素が私達の呼吸に利用されていると植物の凄さを理解できると思います。

高校生物でも同化と異化という言葉を習うと思いますが光合成は同化に当たります。

同化が簡単なものから複雑なものを作りだすことなので二酸化炭素と水を利用する光合成は同化に該当します。

異化は、同化の逆で呼吸などが該当します。

光合成は、カルビン回路と光化学反応という2段階で行われています。

さっそく光化学反応について説明していきます！

光化学反応とは

光化学反応は、光エネルギーを利用する反応です。

葉緑体のチラコイド膜で行われています。

光化学反応では、光化学系Ⅱと光化学系Ⅰが活躍しています。

光化学系Ⅱが先に反応をしますがこのⅡは、発見された順なのでⅠが先に反応すると間違って覚えないようにしてください。

光化学反応では、まず光化学系Ⅱでクロロフィルから送られてきた光エネルギーより活性化され水を分解します。

水を分解すると水と酸素に分解されます。

分解時に電子が発生します。

光化学系Ⅰも活性化され光化学系Ⅱで発生した電子が光化学系Ⅰから放出されNADPをNADPHを作り出します。

光化学系Ⅰでも電子が発生しますが光化学系Ⅰでは、光化学系Ⅱで作った電子を引き寄せる力がある

光化学系Ⅱで水が分解された際に水素は、チラコイド側に残されたままであるためチラコイド側の水素濃度が高くなっている。

浸透圧の考え方から濃度が高いものは低いほうへと移動するため水素はチラコイド側からストロマ側に移動する。

そのとき水素は、ATP合成酵素を利用して移動する。

ATP合成酵素は、水素の濃度勾配を利用してATPを作り出す。

この作り出したATPは、カルビンベンソン回路で利用される。

光エネルギーを利用して水を参加して得られた電子を利用してNADPHとATPを得る過程を明反応といいます。

明反応で生じたNADPとATPを利用して二酸化炭素から糖を合成します。この反応のことを暗反応といいます。暗反応は、暗と感じがあるように光エネルギーを利用しない反応になっています。

光化学系Ⅰでは、700nmの遠赤色光を優先的に吸収しています。

光化学系Ⅱでは、680nmと光化学系Ⅰより少し小さい光を吸収しています。

カルビンベンソン回路について

カルビンベンソン回路は、ストロマでおこりブドウ糖、水、二酸化炭素を合成する場所です。

カルビン・ベンソン回路は、光を利用しない回路になっています。

気孔から二酸化炭素を取り込むとルビスコという酵素に反応して2分子のホスホグリセリン酸作り出しグリセルアルデヒド-3-リン酸に変換させる。

グリセロール3-リン酸は、6分子で構成されているがそのうちの5分子を回路内で再利用し残りの1分子をブドウ糖などの炭水化物に変換している。

5つの分子は、リブロース-1,5-ビスリン酸となり新しい二酸化炭素が取り込まれたときに反応するために合成される。

そうしてこの回路は、ぐるぐると周りブドウ糖を作り出して植物の生活を助けている。

カルビン・ベンソン回路について詳しく知りたい方は下の記事を読んでみてください。

カルビン・ベンソン回路の記事はこちらから読めます。

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光合成まとめ

光合成は、植物が生きていくだけでなく動物が生きていくためにも必須となる重要な反応です。

外で植物を見たときは、デンプン作って酸素も作ってるのかと頭で少し考えるだけでも光合成を身近に感じて覚えやすくなると思います。

大学入試でもよく問われるので頑張って覚えましょう。