光合成は植物の生命活動の中核をなす重要なプロセスであり、地球上のエネルギー循環の根幹を担っている。
本記事では、光合成の仕組みを分かりやすく解説し、図で示された情報をもとに、特に太陽光のエネルギー利用と葉緑体内での化学反応の詳細に焦点を当てる。
(広告)オリジナルTシャツの販売を開始しました！！
詳しくはこちら↓
↑ボタンをクリックで移動します
光合成の概要
光合成とは何か
光合成は植物、藻類、一部の細菌が行うエネルギー変換のプロセスである。これにより、太陽光のエネルギーが化学エネルギーに変換される。光合成の場は葉緑体（chloroplast）であり、その中の「チラコイド」と呼ばれる構造が重要な役割を果たす。
太陽光のエネルギーとチラコイドの役割
太陽光のエネルギー吸収
光合成色素（クロロフィルなど）が太陽光のエネルギー hνh\nuhν を吸収する。このエネルギーは、水を分解し、酸素（O₂）を発生させる反応に使われる。
チラコイド膜での反応
吸収された光エネルギーにより、チラコイド膜では以下の反応が起こる：
- 水分解反応
水（H₂O）が分解され、酸素とプロトン（H⁺）、電子が生成される。 - ATPとNADPHの生成
電子は電子伝達系を通り、還元型補酵素 NADPH₂ が生成される。また、ATP合成酵素の働きでアデノシン三リン酸（ATP）が生成される。
これにより、エネルギー貯蔵分子であるATPとNADPHが作られる。
ストロマでのカルビン・ベンソン回路
二酸化炭素の固定
葉緑体のストロマでは、カルビン・ベンソン回路（Calvin-Benson cycle）が行われる。この回路では、二酸化炭素（CO₂）がリブロース-1,5-ビスリン酸（RuBP）と結合し、3-ホスホグリセリン酸（PGA）が生成される。さらに、NADPHとATPのエネルギーを利用してグリセルアルデヒド-3-リン酸（GA3P）に変換される。
炭水化物の生成
GA3Pからは以下の生成物が作られる：
- グルコース（G）: グリコーゲンやデンプンに変換され、貯蔵される。
- スクロース（ショ糖）: 細胞質に移動して輸送される。
これにより、植物はエネルギーを効率的に蓄積・利用することができる。
光合成の化学式
光合成を単純化すると、以下の化学式で表せる
この反応は光エネルギーを吸収して有機化合物（グルコース）を生成する過程を示している。
練習問題
問題 1: 光エネルギーの役割
光合成において、太陽光エネルギーはどのような形で利用されるか。以下から選べ。
- CO₂を酸素に変換する
- 水を分解し、ATPとNADPHを生成する
- デンプンを生成する
解答: 2
解説: 光エネルギーはチラコイド膜で水を分解し、ATPとNADPHを生成する反応を駆動する。
問題 2: カルビン・ベンソン回路の役割
カルビン・ベンソン回路で直接生成される物質は何か。
- 酸素
- グルコース
- グリセルアルデヒド-3-リン酸（GA3P）
解答: 3
解説: カルビン・ベンソン回路の最終産物はGA3Pであり、これがさらにグルコースなどの物質に変換される。
問題 3: 葉緑体のチラコイドの役割
チラコイドで行われる主な反応を答えよ。
解答例: 光エネルギーを利用して水を分解し、酸素、ATP、NADPHを生成する。
(広告)オリジナルTシャツの販売を開始しました！！
詳しくはこちら↓
↑ボタンをクリックで移動します
