カルビン サイクルは、植物細胞の葉緑体の間質で発生します。間質は、光合成の最初のステップが行われる葉緑体のグラナを囲む無色の液体です。
高校の理科の授業を振り返ってみると、「光合成」という言葉はなかなか忘れられません。結局のところ、植物が二酸化炭素と水を介して食物を作り出すこのプロセスは、地球上の非常に多くの生命体が生き残るために必要とする酸素を生成することに加えて.ただし、プロセスの詳細は、これらの重要な光合成反応が起こる植物内の場所と同様に、少し曖昧かもしれません.
最も単純なレベルでは、光合成は、光依存反応と光非依存反応の 2 つの段階で行われ、後者はカルビン サイクルとしても知られています。これらの段階は両方とも、酸素の生成と植物の食物の生成に不可欠であることはわかっていますが、この生物学的魔法はどこで発生するのでしょうか?
光合成
ご存じのとおり、すべての生物は活動するためにエネルギーを必要とします。巨大なシロナガスクジラから藻の小さな斑点まで、生物は何らかの方法で代謝を促進する必要があります。これが食物連鎖の出番であり、頂点捕食者と肉食動物が頂点にあり、有機植物からエネルギーを得ている草食動物に支えられています.しかし、植物は生きていくために「食べ物」を必要とする生き物でもあります。植物材料に蓄えられるエネルギーは、二酸化炭素と水との組み合わせで、太陽からの光エネルギーを変換する光合成のプロセスに由来します。
光合成は、光合成独立栄養生物として知られる植物、藻類、シアノ バクテリアによって行われます。 、彼らは光を使って自分自身を養うことができるからです！栄養のために他の生物を食べる生物は、従属栄養生物として知られています。光合成のプロセスは非常に複雑で、多くのステップがありますが、6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2 という一般式に簡略化できます。方程式よりも言葉の方が得意な人は、空気中の二酸化炭素 6 分子 + 植物の維管束系からの水素 6 分子 + 太陽光からのエネルギーを 1 つのグリセルアルデヒド-3-リン酸分子 (単純な炭水化物) と 6 つの酸素分子に変換します。
光合成の全プロセスは、植物の葉にある葉緑体の内部で行われます。葉緑体には、太陽からの光エネルギーを取り込むことができる植物の緑色色素 (チラコイドに保存されている) であるクロロフィルも含まれています。葉肉は葉の細胞の中間層であり、ほとんどの葉緑体はこれらの細胞の上部領域 (柵層) に位置しています。気孔は気孔または小さな穴で、通常は葉の下側にあり、そこでガス交換が行われます。これは、光合成での役割のために二酸化炭素が葉に取り込まれ、光合成の副産物として酸素が放出される方法です.
上記のように、光合成の最初の段階は、光依存性反応と呼ばれます。光合成のこの最初のステップは、葉緑体のチラコイド膜にあるクロロフィルによって太陽光が吸収されることで構成されます。次に、この光エネルギーは、NADPH (ニコチンアミド アデニン ジヌクレオチドリン酸) と ATP (アデノシン三リン酸 - 生細胞の主要なエネルギー通貨) の形で化学エネルギーに変換されます。この変換は、光化学系と呼ばれる一連のタンパク質複合体で行われます。これらの光化学系は電子を励起し、エネルギー運搬分子によって輸送されて、光合成の第 2 段階に電力を供給します。これについては以下で説明します。光化学系 I と II、および全体的な光依存反応の完全で詳細な説明は、ここで見つけることができます。
カルビン サイクル
光依存反応に続いて、NADPH と ATP が生成されると、光合成の第 2 段階が始まります。これらの光に依存しない反応は、暗反応 (光は反応物ではないため) または カルビン サイクルとしても知られています。
(写真提供:Designua/Shutterstock)
前述のように、二酸化炭素は植物の気孔から取り込まれ、葉緑体の間質に移動します。二酸化炭素からの炭素は、カルビンサイクル中に「固定」され、糖が合成される.光合成が 2 つの主な段階に分けられるように、カルビン サイクルも 3 つの部分 (炭素固定、還元、再生) に細分化できます。これらはすべて、葉緑体の内部空間である間質で行われます。強い> .
炭素固定
二酸化炭素分子は、5 炭素アクセプター分子 (RuBP) と結合して 6 炭素分子を形成します。これは、地球上で最も豊富なタンパク質であると信じられている rubisco 酵素によって触媒されて、2 つの 3 炭素分子 (3-ホスホグリセリン酸) に急速に分割されます!このステップでは、6 つの ATP 分子が ADP に変換されます。
削減
光依存性反応で生成された ATP と NADPH は、2 つの 3-ホスホグリセリン酸分子を 3-炭素糖である 2 つのグリセルアルデヒド-3-リン酸分子に変換するために使用されます。このステップでは、3 炭素糖 (G3P) を生成する還元プロセス (電子の供与) により、6 個の NADPH が 6 個の NADP+ に変換されます。
再生
カルビン サイクルのこの 3 番目のステップでは、G3P 分子の一部がグルコースを生成し続けますが、ほとんどの分子は再生されて、二酸化炭素のアクセプター分子である RuBP を生成します。上で概説した光合成の方程式を覚えていれば、6 つの二酸化炭素分子が基本的な反応物質として表記されています。これは、1 分子のグルコース (2 つの G3P 分子からなる) を生成するのに 6 回のカルビン回路が必要だからです。カルビン サイクルの 6 ターンを通して、2 つの G3P 分子がサイクルを終了しますが、10 の G3P 分子が RuBP に再生/リサイクルされるため、この重要なサイクルは継続できます!
最後の言葉
木の葉を見ても、この地球上で生命が生き残ることを可能にする複雑な内部の仕組みに気付かないかもしれません。これらの葉には細胞の葉肉層が含まれており、そこには葉緑体が含まれており、間質は光に依存しない反応が起こるためのスペースを提供します。同じ葉の下側にも気孔があり、カルビン サイクルに必要な二酸化炭素を取り込み、呼吸と生存を可能にする酸素副産物を放出する細孔が注意深く調整されています!
