Biology for Major I

Learning Outcomes

• Identify reactants and products of photosynthesis

図1. 光合成は、太陽エネルギー、二酸化炭素、水を用いて、エネルギーを蓄える炭水化物を生成する。 光合成の廃棄物として酸素が発生します。

図2． 光合成の基本式は、見かけによらず単純である。 実際には、中間的な反応物と生成物を含む多くのステップを経て、プロセスが進行する。 細胞の主要なエネルギー源であるグルコースは、2つの炭素GA3Pから作られます。

練習問題

図3. 光合成は、外膜と内膜を持つ葉緑体の中で行われる。

暑くて乾燥した日、植物は水を節約するために気孔を閉じます。 光合成にどのような影響があるのでしょうか？

光合成の2つの部分

光合成は、光依存反応と光独立反応の2つの段階を順次経て行われる。 光依存反応では、太陽光のエネルギーがクロロフィルに吸収され、そのエネルギーは蓄積された化学エネルギーに変換されます。 光独立反応では、光依存反応で得られた化学エネルギーによって、二酸化炭素から糖の分子を組み立てる。 したがって、光独立型反応は光を反応物質として用いないが、機能するためには光依存型反応の生成物が必要である。 また、光非依存型反応のいくつかの酵素は、光によって活性化される。 光に依存する反応では、エネルギーを一時的に蓄えるためにある種の分子を利用する。 これらはエネルギーキャリアと呼ばれる。 光に依存する反応から光に依存しない反応にエネルギーを移動させるエネルギーキャリアは、エネルギーを豊富に含んでいるため「満タン」と考えることができる。 エネルギーが放出された後、「空の」エネルギーキャリアは、より多くのエネルギーを得るために光依存反応に戻る。 図4は、光依存反応と光非依存反応が行われる葉緑体内の構成要素を示しています。 光合成は、光に依存する反応とカルビンサイクルの2段階で行われる。 光依存型反応はチラコイド膜で行われ、光エネルギーを使ってATPとNADPHを作る。 ストロマで行われるカルビンサイクルは、これらの化合物から得られるエネルギーを使って、CO2からGA3Pを作ります。

食料品店での光合成

図5.光合成の仕組み 人間が摂取する食品は光合成に由来する。 (出典：Associação Brasileira de Supermercados)

アメリカの大手食料品店は、乳製品、肉類、青果、パン、シリアルなどの部門別に構成されています。 各通路（図5）には、顧客が購入し消費できるように、何百、何千というさまざまな商品が並んでいます。

種類は豊富ですが、それぞれの商品は光合成に関連しています。 肉や乳製品は、動物が植物性食品を与えられていたので、リンクしています。 パン、シリアル、パスタは、光合成に依存する植物の種子であるでんぷん質の穀物から主に来ています。 デザートや飲み物はどうでしょうか？ ショ糖は、光合成によって直接作られる炭水化物分子である二糖類で、植物の産物である。 例えば、紙製品は一般に植物製品であり、製品や包装に多く使われているプラスチックの多くは、光合成を行う生物の化石である藻類や石油から作られたものである。 また、スパイスや調味料も、葉、根、樹皮、花、果実、茎など、すべて植物が作り出したものである。 最終的に、光合成は人が消費するすべての食事とすべての食品につながります。

まとめ：光合成の概要

光合成のプロセスは、地球上の生命に変化をもたらしました。 太陽からのエネルギーを利用することで、光合成は生物が膨大な量のエネルギーを利用できるように進化した。 光合成のおかげで、生物は新しい構造を構築し、今日明らかな生物多様性を達成することができる十分なエネルギーを得ることができた。

光独立栄養生物と呼ばれる特定の生物だけが光合成を行うことができ、彼らは可視スペクトルの特定の部分を吸収し、太陽光からエネルギーを捕らえることができる特殊な色素であるクロロフィルの存在を必要とします。 光合成は、二酸化炭素と水を使って炭水化物分子を組み立て、廃棄物として大気中に酸素を放出する。 植物や藻類などの真核生物の独立栄養生物は、葉緑体という小器官があり、そこで光合成が行われ、でんぷんが蓄積される。 シアノバクテリアなどの原核生物では、このプロセスはあまり局在しておらず、折り畳まれた膜、細胞膜の延長、および細胞質内で行われます。

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