主な違い 光合成と光呼吸の間にあるのは、RuBisCO 酵素が二酸化炭素と反応するときに光合成が発生し、RuBisCO 酵素が酸素と反応するときに光呼吸が発生することです。 さらに、光呼吸は光合成の効率を低下させます。
光合成と光呼吸は、植物が太陽光を利用してエネルギーを生成する際に発生する 2 つのプロセスです。 RuBisCO は、2 つのプロセスを切り替えるための検閲可能な酵素です。
対象となる主な分野
1.光合成とは
– 定義、プロセス、重要性
2.光呼吸とは
– 定義、プロセス、重要性
3.光合成と光呼吸の類似点は何ですか
– 共通機能の概要
4.光合成と光呼吸の違いは何ですか
– 主な相違点の比較
主な用語
二酸化炭素、暗反応、明反応、光呼吸、光合成、RuBisCO
光合成とは
光合成は、太陽光のエネルギーを利用して、二酸化炭素と水からブドウ糖を生成するプロセスです。クロロフィル、カロテノイド、フィコビリンなどの光合成色素は、太陽光のエネルギーを閉じ込めます。植物や藻類では、これらの色素は葉緑体に濃縮されています。酸素は光合成の副産物として放出されます。光合成は、光エネルギーを化学エネルギーに変換する、地球上で発生する重要なプロセスの 1 つです。プロセスから生成されたグルコースは、細胞呼吸と呼ばれる別のプロセスで ATP を生成するために使用できます。
光合成のプロセスは、明反応と暗反応の 2 つに分けることができます。
軽い反応
光反応は、葉緑体の間質に埋め込まれたチラコイドのスタックであるグラナのチラコイド膜で発生します。光合成色素は、チラコイド膜上の光中心に組織化されています。光化学系 II は光エネルギーを吸収して光中心に輸送し、高エネルギー電子の生成を可能にします。これらの高エネルギー電子は、シトクロム b6f 複合体を介して光化学系 I に移動します。それらはさらに一連のフェレドキシンキャリアを移動し、NADPH を生成します。光化学系で発生する電子不足は、光分解と呼ばれるプロセスで水分子を分割することによって埋められます。得られた水素イオンは、ATP の生成に使用されます。
図 1:光の反応
暗い反応
明るい反応の後に暗い反応が続きます。ここでは、光反応によって生成されたNADPHとATPを使用して、二酸化炭素と水からグルコースを生成します。 C3 サイクルを介して発生する暗反応は、カルビン サイクルとも呼ばれ、光を使用せずに葉緑体の間質で発生します。炭素の固定は、酵素、RuBisCO (リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ) を使用してカルビン回路で発生し、二酸化炭素からの炭素原子を RuBP (リブロース 1,5-二リン酸) に固定し、3 -ホスホグリセレート。 3-ホスホグリセレート分子の一部は還元されてグルコースを形成し、残りはリサイクルされて RuBP を生成します。グルコースに加えて、18 ATP と 12 NADPH もカルビン サイクル中に生成されます。
C4 サイクルを通じて発生する暗反応は、二酸化炭素が最初に PEP に固定され、次に RuBP に固定される Hatch-Slack 経路と呼ばれます。
光呼吸とは
光呼吸は、過剰な酸素の存在下でのカルビン サイクルの阻害です。それはすでに固定された二酸化炭素の損失につながります。したがって、光呼吸は糖合成を減少させ、細胞のエネルギーを浪費します。酸素と結合するルビスコの能力は、光呼吸に関与しています。したがって、酸素の存在下で、RuBisCO は二酸化炭素の代わりにカルビン回路の RuBP に酸素を追加します。この反応では、カルビン回路の中間体である 3-PGA と、カルビン回路に入ることができないホスホグリコレートの 2 つの分子が生成されます。そのため、光呼吸はカルビン回路から炭素を盗んだり取り除いたりします。さらに、植物は一連の反応を利用して、細胞のエネルギーも盗むホスホグリコレートを回収します。したがって、光呼吸はエネルギーを生成する非効率的な方法と見なされます。
図 2:光呼吸とカルビン サイクル
C4 サイクルは、二酸化炭素の二重固定によりこの問題を解消します。 PEP カルボキシラーゼによって二酸化炭素を PEP (ホスホエノールピルビン酸) に固定し、葉肉細胞でオキサロ酢酸を生成します。 PEP カルボキシラーゼは、二酸化炭素に対する親和性が高く、酸素に対する親和性が低くなります。次に、オキサロ酢酸はリンゴ酸に変換され、束鞘細胞に輸送されます。リンゴ酸は束鞘細胞内で二酸化炭素とピルビン酸に解離し、細胞内の二酸化炭素濃度を上昇させます。二酸化炭素濃度が高い場合、RuBiCO は酸素と結合しません。
光合成と光呼吸の類似点
- 光合成と光呼吸は、植物がグルコースを生成する際に発生する 2 つのプロセスです。
- 軽い反応を起こします。
- 両方のプロセスで、RuBisCO 酵素が使用されます。
光合成と光呼吸の違い
定義
光合成とは、緑の植物やその他の生物が太陽光を利用して二酸化炭素と水から栄養素を合成するプロセスを指し、光呼吸とは植物が酸素を吸収する呼吸プロセスを指します。
二酸化炭素/酸素
光合成は主に二酸化炭素の存在下で発生し、光呼吸は主に酸素の存在下で発生します。これは、光合成と光呼吸の主な違いの1つです。
光の影響
光合成の暗反応は光のない夜に発生し、光呼吸は日中に光の存在下で発生します。
植物の種類
光合成は主に C4 植物で発生し、光呼吸は主に C3 植物で発生します。
ルビスコの活動
RuBisCO は光合成で RuBP から 3-PGA を生成し、RuBisCO は光呼吸で RuBP から 3-PGA とホスホグリコレートを生成します。
炭素固定
光合成は植物の炭素固定の主なプロセスですが、光呼吸はすでに固定された炭素の一部を浪費します.
エネルギー固定
光合成は植物のエネルギー固定の主要なプロセスですが、光呼吸は細胞によって生成されたエネルギーの一部を浪費します.
効率
光合成と光呼吸のもう 1 つの重要な違いは、グルコースの生成効率です。光合成はグルコースを生成する効率的なプロセスですが、光呼吸はグルコースを生成する効率の低いプロセスです。
結論
光合成は、太陽光のエネルギーを使用して、二酸化炭素と水からグルコースを生成するプロセスです。光合成中、酵素、RuBisCo は二酸化炭素と結合し、それを RuBP に追加します。ただし、光呼吸は光合成の代替プロセスであり、RuBisCO 酵素が低濃度の二酸化炭素中の酸素に結合します。さらに、光呼吸は、すでに固定された炭素とエネルギーの両方を浪費するため、効率の悪いプロセスです。したがって、光合成と光呼吸の重要な違いの 1 つは、グルコースの生成効率です。
参照:
1.ファラビー、M J.「PHOTOSYNTHESIS」。 PHOTOSYNTHESIS、こちらから入手可能
2. 「光呼吸」カーン アカデミー、カーン アカデミーはこちらから入手できます
画像提供:
1. BlueRidgeKitties による「光合成光反応図」(CC BY 2.0) flickr 経由
2. 「簡略化された光呼吸図」レイチェル・パードン著 – 自作 (CC BY-SA 3.0)、コモンズ ウィキメディア経由
