光合成は、植物が日光を化学エネルギーに変換するために使用するプロセスであり、植物の成長を促進するために使用できます。このプロセスは太陽によって支えられ、植物の葉の葉緑体によって動力を与えられています。このプロセスは、太陽の光エネルギーが水分子を酸素と水素に分解することから始まります。酸素は空気中に放出され、水素は二酸化炭素を植物の食物であるグルコースに変換するために使用されます.
植物は、他のすべての生物と同様に、生き、成長し、修復するためにエネルギーを必要とします。 従属栄養生物とは異なり – 食物を消費してエネルギーを合成する動物 – 植物または 独立栄養生物 自立している — 彼らは周囲で利用可能なリソースを使用して、自分の食べ物、したがってエネルギーを作ることができます.資源には太陽光、水、二酸化炭素が含まれ、この驚くべきプロセスは光合成と呼ばれます。
このプロセスは 写真 と呼ばれます 水と二酸化炭素は食品を調理するために必要な主要な成分ですが、ストーブに点火するのは光であり、太陽光は地球を照らす最も豊富な光です.
光子のエネルギーを利用した光合成生物 (photo-) 、独自の食品を作成します (-合成 ).
フォトシステム
植物は、本質的に高効率のソーラーパネルです。可能な限り多くの太陽光を吸収して吸収するように進化した分子構造でいっぱいです.
これらの構造は、葉緑体と呼ばれる細胞の別々の区画にあります。葉緑体の内部には、グラナと呼ばれる円盤の小さな塔があり、各円盤はチラコイドと呼ばれます。チラコイドの膜または裏打ちには、さまざまな光吸収分子の密集したグリッドがあり、それらの中で最も注目に値するのはクロロフィルです。顔料は、他の顔料と同様に、特定の波長の光を吸収し、残りを反射します。
これは、顔料や色がどのように放射されるかです。植物の大部分が緑色なのは、植物 (豊富なクロロフィル) が緑に関連する波長を反射し、赤と青のゾーンに入る波長を吸収するためです。しかし、可視スペクトルの異なる波長を吸収する顔料は他にもあります。カロテノイドは、青から緑の波長を吸収し、オレンジ、黄色、赤の波長を反射する色素です。
これが、葉が秋にオレンジ色から赤色に変化する理由です。これは、1 年のうちで葉緑素が失われ始めるためです。一部の深海藻類 (rhodophyta) は、青色から緑色の領域を吸収し、赤色の波長を反射するフィコエリトリンおよびフィコシアニンと呼ばれる光合成色素による赤色をしています。
チラコイド膜に埋め込まれたクロロフィル分子。 (写真提供:Ollin / ウィキメディア・コモンズ)
これらの色素は、光化学系と呼ばれるより大きなタンパク質機械の一部です。植物には、光化学系 I (PSI) と光化学系 II (PSII) の 2 つの光化学系があり、それぞれに重要なクロロフィル a 分子と他の補助色素が埋め込まれています。これらの補助色素は光エネルギーを収集し、それを主要なクロロフィル a 分子に渡します。光化学系は、光エネルギーを化学エネルギーに変換する葉緑体の主要な集光装置であり、細胞はそれを使用して食物を構築することができます。一部の藻類や光合成細菌は、光化学系が 1 つしかありません。
太陽エネルギーは葉緑体によって使用され、水と二酸化炭素の 2 つの反応物質間の化学反応を引き起こします。
プロセス
植物は浸透によって根から水を得ます。そこから、水は茎を通って上昇し、光合成以外の無数のプロセスのために水を必要とする植物のあらゆる部分に運ばれます.
植物が蒸発によって乾燥しないようにするために、彼らは約 4 億年前に気孔と呼ばれる特別な孔を進化させました。気孔は、酸素や二酸化炭素などのガスを交換して呼吸することを可能にしました。しかし、毛穴の重大な発達は、不必要に水分を失うことを犠牲にして行われました
気孔は、動物が吐き出す二酸化炭素を吸い込み、日光の存在下で水と反応して、食べ物である糖 (グルコース) を生成します。ただし、反応は 2 つの部分で展開されます。
植物の光合成の模式図。生成された炭水化物は、植物に保存または使用されます (写真提供:At09kg / ウィキメディア コモンズ)
最初の部分は、光依存または単に光反応と呼ばれ、光が水を分解して酸素分子を生成します。これらの分子は、私たちが呼吸するのと同じ酸素分子です。それらは気孔から吐き出され、空気中に分散されます。顔料によって吸収された光エネルギーは、単純に熱として放散されるか、別の形のエネルギーに変換されます。私たちは植物で後者を目撃します。光反応は、太陽エネルギーを化学エネルギーに変換します。この反応は、その後の代謝プロセスのエネルギー源となる有機化合物である ATP (アデノシン三リン酸) と NADP+ (ニコチンアミド アデニン ジヌクレオチドリン酸) も生成します。
光が PSII で水を分解するとき。これにより、2 つのプロトン (H+) と酸素、および PSII のクロロフィル a が受け入れる 2 つのエネルギーを与えられた電子が放出されます。これらの電子は、PSII からシトクロム bf などの他の中間タンパク質構造に渡され、PSI に渡されます。そこで、これらの 2 つの電子は、光化学系のクロロフィル a によって捕捉された光エネルギーにより、PSI で活性化されます。これらの電子は、NADP+ から NADPH を作るために送られます。
このエネルギーを与えられた電子が通過する間に、プロトン (H+) がチラコイドの外側から内側に取り込まれました。これにより、外側よりも内側に H+ の勾配が生じます。この電気化学 勾配は ATP の生産を促進します。これは、ATP シンターゼと呼ばれるタンパク質機械が原因で発生します。内部からのH+は、ATP合成酵素を通過するだけで外部に戻ることができます。 H+ が ATP 合成酵素を通過すると、ADP が ATP に変換されます。これが、光と水が細胞のエネルギーを作り出す方法です。
これらのプロセスの 1 つは、反応自体の次の部分です。エネルギーの 2 つのソースは、光に依存しない反応または暗い反応を促進します。エネルギーは二酸化炭素分子を分解し、成分を再編成してグルコースの分子を形成します。次に、葉緑体は、動物細胞のミトコンドリアが消費した食物を分解することによってエネルギーを生成するのと同じように、そのグルコースを分解することによってエネルギーを収穫します. 2 つの反応の組み合わせとしての光合成は、次の式で要約できます。
しかし、植物が光合成によって ATP を生成できるのであれば、なぜ呼吸をする必要があるのでしょうか?第一に、光合成は、光を提供するために太陽が周りにある昼間にのみ起こります.植物は光がなくてもエネルギーを必要とします。第二に、グルコースは細胞にとって重要な分子です。 DNA、RNA、タンパク質、さらには脂肪などの他の多くの生体分子を作るために、分解または構築することができます.
このように、私たちは植物との深く不可欠な共生関係を共有しています。植物が吐き出す副産物、またはもっと失礼な言い方をすれば、老廃物が私たちに命を与え、私たちが吐き出す老廃物である二酸化炭素が植物に命を与えます.アメリカの生物学者であり、私のお気に入りの科学コミュニケーターの 1 人であるリン マルグリスは、この無害な呼吸の行為をスピリチュアリティと呼びました。
しかし、彼女は、「つながりは大気中のガスの交換にとどまりません…私たちが空間と時間を介してつながっているという事実は、事実をどのように表現しようと、生命は単一の現象であることを示しています。」
