光合成の基礎 - 学習ガイド
植物が食物を作るしくみ - 重要な概念
光合成は、植物や他の独立栄養生物が太陽光からエネルギーを化学食品に変換する一連の化学反応です。ドーリング・キンダースリー、ゲッティイメージズ
このクイック スタディ ガイドで、光合成について順を追って学びましょう。基本から始めます。
光合成の主要な概念のクイック レビュー
- 植物では、光合成は太陽光からの光エネルギーを光に変換するために使用されます。 化学エネルギー （グルコース）。二酸化炭素、水、光を使ってブドウ糖と酸素を作ります。
- 光合成は単一の化学反応ではなく、 化学反応のセット .全体的な反応は次のとおりです。
6CO2+6H2O+ライト→C6ひ12〇6+ 6O2 - 光合成の反応は、光依存反応と光依存反応に分類できます。 暗い反応 .
- クロロフィルは光合成の重要な分子ですが、他のカルテノイド色素も関与しています。クロロフィルには、a、b、c、d の 4 種類があります。通常、植物はクロロフィルを持ち、光合成を行うと考えられていますが、一部の微生物を含む多くの微生物がこの分子を使用しています。 原核細胞 .植物では、クロロフィルは葉緑体と呼ばれる特別な構造に見られます。
- 光合成の反応は、葉緑体のさまざまな領域で行われます。葉緑体には 3 つの膜 (内側、外側、チラコイド) があり、3 つのコンパートメント (間質、チラコイド空間、膜間空間) に分かれています。暗反応は間質で起こります。光反応はチラコイド膜で発生します。
- 複数あります 光合成の形態 .さらに、他の生物は、非光合成反応を使用してエネルギーを食物に変換します (例: 石栄養菌やメタン生成細菌)。
光合成の産物
光合成のステップ
以下は、植物や他の生物が太陽エネルギーを利用して化学エネルギーを生成するために使用する手順の概要です。
- 植物では、通常、光合成は葉で行われます。これは、植物が光合成の原料をすべて 1 つの便利な場所で取得できる場所です。二酸化炭素と酸素は、気孔と呼ばれる孔を通って葉に出入りします。水は根から維管束系を通して葉に運ばれます。中のクロロフィル 葉細胞内の葉緑体 日光を吸収します。
- の 光合成のプロセス 光依存反応と光非依存または暗反応の 2 つの主要な部分に分けられます。光依存反応は、太陽エネルギーが捕捉されて ATP (アデノシン三リン酸) と呼ばれる分子を作るときに起こります。暗い反応は、ATP を使用してグルコースを生成するときに発生します (カルビン サイクル)。
- クロロフィルおよび他のカロテノイドは、アンテナ複合体と呼ばれるものを形成します。アンテナ複合体は、光化学系 I の一部である P700、または光化学系 II の一部である P680 の 2 種類の光化学反応中心のいずれかに光エネルギーを伝達します。光化学反応の中心は、葉緑体のチラコイド膜にあります。励起された電子は電子受容体に移動し、反応中心は酸化状態になります。
- 光非依存反応では、光依存反応で生成された ATP と NADPH を利用して炭水化物が生成されます。
光合成光反応
光合成中にすべての波長の光が吸収されるわけではありません。ほとんどの植物の色である緑は、実際に反射される色です。吸収された光は、水を水素と酸素に分解します。
H2O + 光エネルギー → ½ O2 + 2H+ + 2 電子
- 光化学系 I から励起された電子は、電子輸送チェーンを使用して、酸化された P700 を還元できます。これにより、ATP を生成できるプロトン勾配が設定されます。環状リン酸化と呼ばれるこのループする電子の流れの最終結果は、ATP と P700 の生成です。
- 光化学系 I から励起された電子は、異なる電子伝達系を流れて、炭水化物の合成に使用される NADPH を生成することができます。これは、P700 が光化学系 II から励起された電子によって還元される非循環経路です。
- 光化学系 II からの励起された電子は、励起された P680 から酸化型の P700 へと電子伝達系を流れ、ATP を生成するストロマとチラコイドの間にプロトン勾配を作り出します。この反応の正味の結果は、非環状光リン酸化と呼ばれます。
- 水は、還元された P680 の再生に必要な電子を提供します。 NADP+ の各分子を NADPH に還元するには、 電子 そして4つ必要です 光子 .二 分子 ATPが形成されます。
光合成暗反応
暗い反応は光を必要としませんが、光によって阻害されることもありません.ほとんどの植物では、暗反応は日中に起こります。暗い反応は、葉緑体の間質で発生します。この反応は、炭素固定または カルビンサイクル .この反応では、ATP と NADPH を使用して二酸化炭素が糖に変換されます。二酸化炭素は五炭糖と結合して六炭糖を形成します。六炭糖は、ブドウ糖と果糖の 2 つの糖分子に分解され、スクロースを作るために使用できます。反応には 72 フォトンの光が必要です。
光合成の効率は、光、水、二酸化炭素などの環境要因によって制限されます。暑いまたは乾燥した天候では、植物は水を節約するために気孔を閉じることがあります。気孔が閉じると、植物は光呼吸を開始します。 C4植物と呼ばれる植物は、光呼吸を避けるために、ブドウ糖を作る細胞内に高レベルの二酸化炭素を維持します。 C4植物は、二酸化炭素が制限されており、反応をサポートするのに十分な光が利用できる場合、通常のC3植物よりも効率的に炭水化物を生成します.中程度の温度では、植物に過度のエネルギー負荷がかかり、C4 戦略を価値あるものにできなくなります (中間反応の炭素数から 3 および 4 と名付けられました)。 C4 植物は、暑くて乾燥した気候で繁栄します。研究の質問
光合成の仕組みの基本を本当に理解しているかどうかを判断するのに役立ついくつかの質問があります.
- 光合成を定義します。
- 光合成に必要な物質は？何が生産されますか？
- 書きます 全体的な反応 光合成のため。
- 光化学系 I の環状リン酸化の間に何が起こるか説明してください。電子の移動はどのようにして ATP の合成につながりますか?
- 炭素固定または カルビンサイクル .この反応を触媒する酵素は何ですか?反応の生成物は何ですか?
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