Ask A Biologist
In with One Energy and out with Another
光依存反応は葉緑体の中にあるチラコイド膜で起こります。 光「依存」反応ですから、これらの反応が働くためには光が必要であることは推測できます。 光合成のこの最初の部分の目的は、太陽光エネルギーを他のエネルギーに変換することであることを覚えておいてください。
光合成の光依存性反応には、太陽光が必要なのです。 Image by Mell27.
植物は光エネルギーを直接使って糖を作ることはできません。 その代わりに、植物は光エネルギーを利用できる形、つまり化学エネルギーに変えています。 化学エネルギーは私たちの身の回りにあふれている。 例えば、自動車が走るにはガソリンの化学エネルギーが必要です。 植物が使う化学エネルギーは、ATPとNADPHに蓄積されています。 ATPとNADPHは、エネルギーを運ぶ2種類の分子です。
エネルギーのレシピ
植物はNADPHを作るために水を必要とします。 この水を分解して電子（マイナスに帯電した素粒子）を放出する。 水が分解されると、私たちが呼吸する気体である酸素も発生します。
電子は、チラコイド膜にはまった特殊なタンパク質を通過する必要があります。 電子は最初の特殊なタンパク質（光化学系IIタンパク質）を通り、電子輸送系を下っていきます。
Photosystem I and Photosystem II
Wait a second… first electrons go through the second photosystem and second they go through the first? それはとても分かりにくいですね。
水分子が分解されて電子が放出されます。 これらの電子は次に勾配を下って移動し、その過程でATPにエネルギーを蓄積します。 Image by Jina Lee.
光化学系IとIIは、この順番で発見されたわけではないので、電子が輸送鎖を通るルートと一致していません。 その後、光化学系IIが発見され、電子輸送連鎖の中でより早い時期にあることが判明しました。 しかし、遅すぎたため、この名前が定着してしまったのです。
電子輸送系
電子は光化学系IIと光化学系Iで、太陽光からエネルギーを集めますが、光化学系IIと光化学系Iは、電子の移動が遅いので、電子の移動が遅くなります。 どのようにしているのでしょうか。 光化学系に存在するクロロフィルが光エネルギーを吸収する。
電子伝達系は、電子を簡単に受け入れたり供与したりする分子の集合体です。 これらを一歩一歩進むことで、電子は膜を越えて特定の方向に移動する。 これには水素イオンの動きも連動しています。 チラコイドの内側の空間（内腔）に水素イオンが送り込まれると、ATPが生成されます。 水素イオンはプラスの電荷を持っています。 磁石のように同じ電荷は反発し合うので、水素イオンはお互いに離れようとします。 ATP合成酵素という膜タンパク質を介して、チラコイドから脱出します。 このタンパク質を通り抜けることで、ダムが水を通すように、水素イオンは力を発揮するのです。 水素イオンがタンパク質を通り抜け、電子輸送系を進むと、ATPが作られるのです。 このようにして、植物は太陽光を化学エネルギーに変え、利用することができるのです
カルビンサイクル。 3661>
空気のようなものが、どのようにして木の幹になるのでしょうか。 その答えは、空気を構成するものにあります。
木を取り巻く空気は、どのようにして木の材料になるのでしょうか。 空気中の炭素を使って他の物質を作るという、複雑な反応によってです。 Image by André Karwath.
空気には、酸素、炭素、窒素などさまざまな元素が含まれています。 これらの元素は、二酸化炭素（CO2）のような分子を構成しています。 二酸化炭素は、1つの炭素原子と2つの酸素原子からできています。 植物は二酸化炭素から炭素原子を取り出し、それを使って糖類をつくります。 カルビンサイクルは葉緑体の内部で行われるが、チラコイド（ATPが作られた場所）の外では行われない。 光依存性反応から得られるATPとNADPHはカルビンサイクルで使われる。
カルビンサイクルの一部を光独立型反応と呼ぶこともある。
また、RuBisCOというタンパク質も、空気中の炭素を糖に変化させる過程を助けている。 RuBisCOはゆっくりと働くので、植物はたくさんのRuBisCOを必要とする。 実際、RuBisCOは世界で最も豊富なタンパク質である！
カルビンサイクルの生成物は、単糖のグルコースを作るために使われる。 グルコースはデンプンやセルロースなどのより複雑な糖を作るために使われる。 デンプンは植物のエネルギーを蓄え、セルロースは植物が作られる材料です。
画像はウィキメディア・コモンズより。 実生の画像：Bff.
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