光化学系・電子伝達系について【光合成②】　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 光合成（光化学系）について講義します。 語呂「自ら山村へ。苦労して電車に飛び乗る（水から酸素が生じる。クロロフィルから電子が飛び出す）」 問題：真核生物の行う光合成において、水の分解が起きるのは光化学系Ⅱか？Ⅰか？また、光化学系ⅡやⅠはどこにあるか？ 答え：Ⅱ、葉緑体内のチラコイド膜上 問題：葉緑体に含まれる緑色の光合成色素を何というか。 答え：クロロフィル（クロロフィルは青[短波長]や赤[長波長]の光をよく吸収する。緑の光が反射され、我々の目に入るのでクロロフィルは緑に見える。クロロは緑色、フィルは葉を意味する。） 問題：光合成で生じる酸素はどの分子に由来するか？選べ。 ①水　②二酸化炭素 答え：①（水の分解により副次的な現象として酸素の放出がおこる。酸素を放出するために光合成をするのではないことに注意しよう。光合成の目的はあくまで炭水化物の合成であり、酸素の放出は、その過程で起こる副次的な現象である[過去早稲田で出題された]。） 問題：二酸化炭素がないと（空気がないと）光化学系や電子伝達系の反応が停止する。どうしてか。 答え：ＮＡＤＰＨがＮＡＤＰ＋にもどれなくなるから。 解説：光化学系Ⅱ、電子伝達系、光化学系Ⅰの反応を推し進めるには、電子の受容体であるＮＡＤＰ＋が必要である。ＮＡＤＰＨは、カルビン・ベンソン回路（二酸化炭素を必要とする反応）でＮＡＤＰ＋に戻る。二酸化炭素がないと、カルビン・ベンソン回路が停止し、ＮＡＤＰ＋が再生されない）。 ●この動画で見たように光エネルギーを用いて、ADPをリン酸化する仕組みを光リン酸化という。 ●水を分解できるようになった（その結果、酸素を排出するようになった）クロロフィルaの出現は、地球の大気組成・生物達を劇的に変えていった。 ●光エネルギーを、高エネルギー運搬物質（ATP、NADPH）に込めるところが、光化学系のポイント。 ●最初の光合成は、太陽光の届かないはるか海底で行われた可能性がある。海底の熱水活動域では、熱の影響で、ある波長の光が僅かながら放出されている。この光のほとんどは周囲の海水に吸収されてしまうが、特定の波長域の光は生き残る。 この特定の波長域が、クロロフィルaとbの吸収する波長と一致するという報告がある（Nisbet）。もしかしたら、太陽光の届かない暗黒の世界で、光合成というしくみは生まれ、それが、浅い海で生息可能な生物に引き継がれたのかもしれない。 ●光の実体は電磁波である（電場が磁場をつくり、磁場が次の電場をつくる、そしてその電場がさらに次の磁場を・・・このような連続した電磁場の連続的誘起こそ、『光（電磁波）』の正体である）。 この電磁波によって（連続した電場の変化によって）、光合成色素分子のもつ電子が揺さぶられる。そうして、電子は元の軌道より上の、エネルギーの高い軌道に飛び上がる。これを、「電子が励起する」と表現する。この励起した電子のエネルギーを上手に使いながら有機物を合成しようというのが、光合成である。 ●教科書では、高いエネルギーを運搬する物質としてＡＴＰをはじめに学ぶが、ＮＡＤＰＨ（や、呼吸で登場したＮＡＤＨ、ＦＡＤＨ２）も、高エネルギー運搬体として働く（高いエネルギーを持った電子を運搬している）。 ●葉緑体内でつくったＡＴＰは、葉緑体の外に出ることができない（ここがミトコンドリアと違う。ミトコンドリアにはＡＴＰを細胞質へ出す装置が埋め込まれている）。したがって、葉緑体内で生じたＡＴＰは、葉緑体内で[カルビン・ベンソン回路を推し進めるためなどに]利用される）。 ●光化学系とは、正確には、光合成の光化学反応を起こすのに必要な色素、電子受容体、タンパク質などを含む反応システム全体を指す。「系」は「システム・しくみ」を意味する。 ●葉緑体とミトコンドリアは似ている。例えば、どちらも内外異質の二重膜構造をもつ。さらに高校生にとって厄介なことに（進化学者が興味深く思っているように）、光合成と呼吸も一見似ている。しかし、反応の目的や起こる場所など、中身は全然違う（僕が授業をするのは同じでも、授業をする場所も、目的も違うようなものです）。２つの反応に共通しているのは、水素イオンの濃度勾配を利用したＡＴＰ合成のしくみと、補酵素を上手く使いながら、酸化還元反応を多用しているということである。 #生物 #光合成 #高校生物