光合成における酵素活性

光合成は、すべての生物学において最も重要な反応であると防御的にラベル付けすることができます。 世界の食物網やエネルギーフローシステムを調べると、最終的には太陽からのエネルギーに依存して、その中の有機体を維持していることがわかります。 動物でさえ、炭素ベースの栄養素（炭水化物）と光合成が生成する酸素の両方に依存しています。 他の動物を捕食することによってすべての栄養を得るそれらは、彼ら自身がほとんどまたは排他的に生きている生物を食べることになります 植物。

したがって、光合成から、自然界で観察されるエネルギー交換の他のすべてのプロセスが流れます。 解糖や細胞呼吸の反応のように、光合成には、考慮すべき一連のステップ、酵素、および独自の側面があり、 光合成の特定の触媒が光とガスの食物への変換に相当する役割を演じることは、基本を習得するために重要です 生化学。

光合成は、それが何であれ、あなたが最後に食べたものの生産と関係がありました。 それが植物ベースであった場合、主張は簡単です。 それがハンバーガーだったとしたら、肉はほぼ間違いなく、それ自体がほぼ完全に植物で生きていた動物から来ていました。 別の見方をすれば、今日、世界を冷やさずに太陽が遮られ、植物が不足することになれば、世界の食糧供給はすぐに消えてしまうでしょう。 明らかに捕食者ではない植物は、食物連鎖の最下部にあります。

光合成は伝統的に光反応と暗反応に分けられます。 光合成の両方の反応が重要な役割を果たします。 前者は太陽光または他の光エネルギーの存在に依存しますが、後者は光反応の生成物に依存して動作する基板を持っています。 光反応では、植物が炭水化物を組み立てるのに必要なエネルギー分子が作られますが、炭水化物合成自体は暗い反応を起こします。 これは、ATP（アデノシン三リン酸、「エネルギー通貨」）の主要な直接供給源ではありませんが、クレブス回路が循環する好気性呼吸といくつかの点で似ています。 すべての細胞の）、後続の電子伝達系で大量のATPの作成を駆動する大量の中間分子を生成します 反応。

それらが光合成を行うことを可能にする植物の重要な要素は クロロフィル、と呼ばれる独特の構造に見られる物質 葉緑体.

光合成の正味の反応は実際には非常に単純です。 それはそれを述べています 二酸化炭素と水は、光エネルギーの存在下で、プロセス中にグルコースと酸素に変換されます.

6 CO₂ +ライト+6 H₂O→C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

全体的な反応は、 光反応 そしてその 暗い反応 光合成の

光反応：12時間₂O +ライト→O₂ + 24 H⁺ + 24e⁻

暗い反応：6CO₂ + 24 H⁺ + 24 e⁻ →C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O

要するに、光反応は太陽光を使って電子を怖がらせ、それを植物が食物（ブドウ糖）を作るために導きます。 これが実際にどのように発生するかはよく研究されており、何十億年もの生物学的進化の証です。

ライフサイエンスを研究している人々の間でよくある誤解は、光合成は単に逆の細胞呼吸であるというものです。 光合成の正味の反応が細胞呼吸のように見えることを考えると、これは理解できます。 ミトコンドリアの解糖と好気性プロセス（クレブス回路と電子伝達系）で終わる–正確に 逆行する。

しかし、光合成で二酸化炭素をブドウ糖に変換する反応は、細胞呼吸でブドウ糖を二酸化炭素に戻すために使用される反応とは大きく異なります。 植物は、細胞呼吸も利用していることを覚えておいてください。 葉緑体は「植物のミトコンドリア」ではありません。 植物にもミトコンドリアがあります。

光合成は、主に植物に口がないために起こるものと考えてください。それでも、ブドウ糖を栄養素として燃焼させて独自の燃料を作ることに依存しています。 植物がブドウ糖を摂取できないにもかかわらず、それでも安定した供給が必要な場合は、一見不可能と思われることを行い、自分でブドウ糖を作る必要があります。 植物はどのように食物を作りますか？ 彼らは外光を使って内部の小さな発電所を運転します。 彼らがそうすることができるかどうかは、彼らが実際にどのように構成されているかに大きく依存します。

質量に比べて表面積が大きい構造物は、通過する太陽光を大量に取り込むのに適した位置にあります。 これが植物に葉がある理由です。 葉が植物の最も緑の部分である傾向があるという事実は、これが光合成の仕事が行われる場所であるため、葉のクロロフィルの密度の結果です。

葉は、気孔（単数：気孔）と呼ばれる表面の毛穴を進化させました。 これらの開口部は、葉がCOの出入りを制御できる手段です。₂、光合成に必要な、O₂、プロセスの廃棄物です。 （酸素を廃棄物と考えるのは直感に反しますが、この設定では、厳密に言えば、それがそれです。）

これらの気孔はまた、葉がその水分含有量を調節するのを助けます。 水が豊富な場合、葉はより硬く「膨らみ」、気孔は閉じたままになる傾向があります。 逆に、水が不足しているときは、葉が栄養を与えるのを助けるために気孔が開きます。

植物細胞は真核細胞であり、すべての細胞に共通する4つの構造（DNA、細胞膜、細胞質、リボソーム）といくつかの特殊な細胞小器官の両方を持っていることを意味します。 しかし、植物細胞は、動物や他の真核細胞とは異なり、細菌と同じように細胞壁を持っていますが、異なる化学物質を使用して構築されています。

植物細胞にも核があり、それらの細胞小器官にはミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、細胞骨格、液胞が含まれます。 しかし、植物細胞と他の真核細胞の決定的な違いは、植物細胞には 葉緑体.

植物細胞の中には葉緑体と呼ばれる細胞小器官があります。 ミトコンドリアのように、これらは真核生物の進化の比較的早い段階で組み込まれたと考えられています 真核生物は、葉緑体になる運命にあり、自立型の光合成として存在します-実行します 原核生物。

葉緑体は、すべての細胞小器官と同様に、二重の原形質膜に囲まれています。 この膜の中には、葉緑体の細胞質のように機能するストロマがあります。 また、葉緑体の中にはチラコイドと呼ばれる体があり、それは硬貨の積み重ねのように配置され、独自の膜で囲まれています。

クロロフィルは光合成の「色素」と考えられていますが、クロロフィルにはいくつかの種類があり、クロロフィル以外の色素も光合成に関与しています。 光合成に使用される主な色素はクロロフィルAです。 光合成プロセスに関与するいくつかの非クロロフィル色素は、色が赤、茶色、または青です。

光合成の光反応は、光エネルギーを使用して水分子から水素原子を置換します。これらの水素原子は、 入ってくる光によって最終的に解放された電子の流れは、NADPHとATPを合成するために使用されます。これらは、その後の暗闇に必要です。 反応。

光反応は、葉緑体の内側、植物細胞の内側のチラコイド膜で起こります。 光がタンパク質-クロロフィル複合体と呼ばれるものに当たると、それらは進行します 光化学系II（PSII）. この酵素は、水分子から水素原子を解放するものです。 その後、水中の酸素が解放され、その過程で解放された電子がプラストキノールと呼ばれる分子に結合し、プラストキノンに変わります。 この分子は次に、電子をチトクロームb6fと呼ばれる酵素複合体に転送します。 このctyb6fは、プラストキノンから電子を受け取り、プラストシアニンに移動します。

この時点で、 光化学系I（PSI） 仕事に就きます。 この酵素はプラストシアニンから電子を受け取り、それらをフェレドキシンと呼ばれる鉄含有化合物に付着させます。 最後に、フェレドキシン-NADPと呼ばれる酵素⁺NADPからNADPHを作るためのレダクターゼ（FNR）⁺. これらの化合物のすべてを覚える必要はありませんが、関連する反応の連鎖的な「受け渡し」の性質を理解することが重要です。

また、PSIIが上記の反応を促進するために水から水素を放出している場合、その水素の一部は、濃度勾配を下げて、チラコイドをストロマに残したいと思う傾向があります。 チラコイド膜は、この自然な流出を利用して、膜内のATP合成酵素ポンプに電力を供給します。ATP合成酵素ポンプは、リン酸分子をADP（アデノシン二リン酸）に結合してATPを生成します。

光合成の暗い反応は、光に依存しないため、そのように名付けられています。 ただし、光が存在する場合に発生する可能性があるため、より正確で、より面倒な場合は、名前は「光に依存しない反応。 "問題をさらに明確にするために、暗い反応は一緒に、としても知られています カルビン回路.

空気を肺に吸い込むと、その空気中の二酸化炭素があなたの肺に入る可能性があると想像してみてください。 細胞は、それを使用して、あなたの体があなたの食物を分解することから生じる同じ物質を作ります 食べる。 実際、このため、あなたはまったく食べる必要はありません。 これは本質的に、COを使用する植物の寿命です₂ それは環境（主に他の真核生物の代謝過程の結果として存在する）から集まってブドウ糖を作り、それを貯蔵するか、それ自身の必要性のために燃やします。

光合成は、水を含まない水素原子をノックし、それらの原子からのエネルギーを使用してNADPHとATPを生成することから始まることをすでに見てきました。 しかし、これまでのところ、光合成への他のインプットであるCO2については言及されていません。 これで、NADPHとATPのすべてが最初に収穫された理由がわかります。

暗反応の最初のステップでは、CO2がリブロース1,5-ビスリン酸と呼ばれる5炭素糖誘導体に結合します。 この反応は、酵素リブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼによって触媒されます。 ルビスコ. この酵素は、光合成を受けるすべての植物に存在することを考えると、世界で最も豊富なタンパク質であると考えられています。

この6炭素中間体は不安定で、ホスホグリセリン酸と呼ばれる3炭素分子のペアに分割されます。 次に、これらはキナーゼ酵素によってリン酸化され、1,3-ビスホスホグリセリン酸を形成します。 次に、この分子はグリセルアルデヒド-3-リン酸（G3P）に変換され、リン酸分子を遊離し、光反応に由来するNAPDHを消費します。

これらの反応で生成されたG3Pは、さまざまな経路に入ることができます。 植物の特定のニーズに応じて、ブドウ糖、アミノ酸または脂質の形成に 細胞。 植物はまた、人間の食事ででんぷんと繊維に寄与するブドウ糖のポリマーを合成します。