光合成の化学式 二酸化炭素、水、および太陽光の入力 (反応物) を含み、グルコースと酸素の出力 (製品) を生成します。この化学プロセスは、光合成が呼吸を補う方法を理解するための基本的な方程式です。
地球上の生命にとって最も重要なことは何か知っていますか?日光です。太陽光は、地球上の生命に必要なすべてのもの (水、酸素、食物) を提供する役割を果たしています。しかし、太陽光だけでは生きていけないことは明らかです。では、この太陽光はどのようにして生命の重要な要素に変換されるのでしょうか?これは、光合成のプロセスを通じて起こります。
光合成は、植物が太陽光からの放射エネルギーをブドウ糖、植物が必要とする食物、動物が必要とする食物に変換する方法です。このプロセスの副産物として、植物は水と酸素も生成します。人間や他の多くの動物は、植物を食べ、光合成によって生成される水と酸素を摂取します。
光合成の方程式
光合成は地球上の生命を動かしていますが、正確にはどのように機能しているのでしょうか?光合成のバランスの取れた化学方程式を詳しく見て、それが植物のライフサイクルの一部であることを調べることで文脈を理解しましょう。
光合成のバランスの取れた化学式は次のとおりです。
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
これは、二酸化炭素と水からグルコースと酸素を生成することを意味します。 O2 は二酸素として知られていますが、しばしば単に酸素と呼ばれます。脊椎動物は酸素に依存してグルコースを ATP に変換します。これは、動物の細胞がその機能を実行できるようにするエネルギーです。酸素は呼吸器系によって体内に取り込まれ、赤血球がそれを拾って使用します.
C6H12O6 は、分子内の原子がどのように配置されているかに依存するため、技術的には多くの異なる分子を指すことができます。式が参照できる分子のほとんどは、何らかの種類の糖であり、最も広く知られている分子の形成はグルコースです.グルコースは、動物の細胞内でピルビン酸として知られる物質に変換され、ATP の生成に利用されます。グルコースは、血糖値やブドウ糖など、さまざまな名前でも知られています。
では、動物の細胞が、植物で生成されたブドウ糖と酸素を水とともに利用して生き、機能を果たすとどうなるでしょうか?細胞呼吸のプロセスは、光合成のプロセスと同じように、副産物を放出します。これらの副産物は 6CO2 + 6H2O です。言い換えれば、細胞呼吸は水と二酸化炭素を放出します。
これらの副産物が光合成にどのように関連しているかについて何か気付きましたか?それらは、光合成がグルコースと酸素を生成するために使用する正確な成分です.これは、2 つのプロセスが絡み合っており、互いの副産物に依存して機能していることを意味します。この相互依存関係は炭素循環として知られており、地球上の多種多様な生命の存在を可能にしています。
炭素循環は、炭素分子が生物圏全体を移動し、再利用され、植物と動物の両方が生きられるようにするものです.細胞呼吸と動物によって大気中に放出される炭素は二酸化炭素として放出されますが、植物は二酸化炭素を吸収して大気から排出し、代わりに酸素を放出します.
動物細胞と植物細胞の主要部分
細胞呼吸に関与する細胞の重要な部分はミトコンドリアです。ミトコンドリアは、細胞が使用するエネルギーを生成するため、細胞の発電所としてよく知られています。細胞呼吸は、グルコースの分子を取り込み、それを変換して ATP を生成します。グルコースの変換中にいくらかの ATP が生成されますが、リン酸化の過程でより多くの ATP が生成されます。酸化的リン酸化は、ミトコンドリアの膜の奥深くにある「電子輸送チェーン」を電子が移動するときに発生します。
解糖はプロセスの最初の部分であり、グルコースをピルビン酸に変換します。次にピルビン酸が酸化され、アセチルCoAと呼ばれる化合物が作られます。その結果、二酸化炭素が放出されます。細胞呼吸の次のステップであるクエン酸サイクル中に、より多くの二酸化炭素が放出されます。最後の段階で作成されたアセチル CoA は、この段階で 4 つの炭素分子と結合します。細胞呼吸の最後の部分は酸化的リン酸化であり、電子が電子伝達鎖を下って移動するにつれて、より多くの ATP が生成されます。この段階で細胞が使用する酸素は、水素の電子と陽子と結合して水を形成します。
植物の細胞には、動物細胞のミトコンドリアに似た、エネルギーを生み出す葉緑体と呼ばれる構造があります。葉緑体は、植物の細胞内に見られる色素体と呼ばれるオルガネラの例です。葉緑体は、光の波長を閉じ込めることによって、太陽エネルギーを炭水化物に変換します。光エネルギーが吸収されると、植物が十分な水と二酸化炭素を持っている限り、光合成のプロセスを開始します。異なる植物は、異なる色素を利用して異なる波長の光を吸収できます。ほとんどの植物は緑色で、その色は植物の細胞のクロロフィルに由来します。ただし、カロテノイドやフィコビリンなど、さまざまな波長の光を吸収して植物にさまざまな色を与える他の色素があります.
ミトコンドリアと葉緑体の両方で行われるプロセスを通じて、炭素は環境をかなり迅速に循環することができます。年間 1,000 ～ 100,000 トンの炭素が炭素循環を通過すると推定されています。
地質炭素循環
生物学的炭素循環は、地球上の炭素の多くに何が起こるかを説明しています。ただし、別のタイプの炭素循環があります。これは地質学的炭素循環であり、炭素が地球自体の一部によって貯蔵および放出される方法を指します。
大気中の炭素の量は、海と土壌にどれだけの炭素が蓄えられているかに依存します。炭素ベースの海洋生物の残骸は堆積物になり、海底の一部になります。地質学的プロセスは堆積物を石灰岩に変え、石灰岩は地球上で最大の炭素貯蔵庫であると考えられています.炭素は、陸上では無機炭素と有機炭素の両方として存在できます。有機炭素は死んだ動物の分解を指し、無機炭素はさまざまな岩石や鉱物に保存されます。風化の過程で、この炭素が大気中に放出されます。炭素は、火山の噴火や、地中から採掘された化石燃料の燃焼によっても大気中に放出される可能性があります。
生物の炭素循環と地質の炭素循環は相互に依存しています。ほとんどの炭素は、二酸化炭素として周囲の空気に含まれています。二酸化炭素は水に溶解し、重炭酸塩と呼ばれる分子を生成します。ビクロバロン酸と二酸化炭素は、光合成によってバクテリアや植物によって有機分子に変換されます。光合成は食物連鎖を上っていき、細胞呼吸によってこの有機炭素が C02 に戻されます。
炭素は生物学的および地質学的炭素循環を介して循環するため、光合成において不可欠な役割を果たします。光合成は、太陽からのエネルギーが食物連鎖のあらゆるレベルで生命体を維持できるようにすることで、地球上の生命を動かしています。
