学習成果
- 光合成中に起こる光依存反応を記述する
光依存反応の全体的な目的は、光エネルギーを化学エネルギーに変換することである。 この化学エネルギーは、カルビンサイクルによって糖分子の集合に燃料を供給するために使用されます。
光依存性反応は、光化学系と呼ばれる色素分子とタンパク質のグループ化から始まります。, 光システムはチラコイドの膜に存在する。 光化学系における顔料分子は、一度に一つの光子、光エネルギーの量または”パケット”を吸収する。
光エネルギーの光子は、クロロフィルなどの色素分子に到達するまで移動します。 光子はクロロフィル中の電子を”励起させる。”電子に与えられたエネルギーは、反応中心と呼ばれる一対のクロロフィルa分子に達するまで、ある色素分子から別の色素分子に移動します。, このエネルギーは、反応中心の電子を励起し、それを自由に壊して一次電子受容体に渡す。 したがって、反応中心は一次電子受容体に電子を”寄付”すると言われています（図1）。
図1. 光エネルギーはクロロフィル分子によって吸収され、光子は他のクロロフィル分子に細道に沿って渡されます。 エネルギーは、反応中心に見られるクロロフィルの分子で最高潮に達する。, エネルギーは、分子を離れて近くの一次電子受容体に伝達されるのに十分な電子の一つを”励起”する。 水の分子は、寄付されたものを置き換えるために必要とされる電子を解放するために分割します。 酸素および水素イオンはまた水の分裂から形作られます。
反応中心の電子を置き換えるために、水の分子が分割される。 この分裂は電子を放出し、チラコイド空間に酸素（O2）と水素イオン（H+）が形成される。, 技術的には、水分子の各破壊は、電子のペアを解放し、したがって、二つの寄付された電子を置き換えることができます。
電子の置換は、反応中心が別の光子に応答することを可能にする。 副生成物として生成された酸素分子は、周囲の環境への道を見つける。 水素イオンは光依存反応の残りの部分において重要な役割を果たす。
光依存反応の目的は、太陽エネルギーをカルビンサイクルで使用される化学キャリアに変換することであることに注意してください。, 真核生物では、二つの光系が存在し、最初のものは光化学系IIと呼ばれ、機能の順序ではなく、その発見の順序にちなんで命名されています。
光子がヒットした後、光化学系IIは、電子輸送鎖と呼ばれるチラコイド膜内の一連のタンパク質の最初のものに自由電子を転送します。 電子がこれらのタンパク質に沿って通過すると、電子からのエネルギーは、間質からチラコイド空間にそれらの濃度勾配に対して積極的に水素イオンを動かす膜ポンプに燃料を供給する。, これは、電子輸送鎖がミトコンドリア間質から内膜を横切って膜間空間に水素イオンをポンプで送り込み、電気化学的勾配を作り出すミトコンドリアで起こるプロセスに非常に類似している。 エネルギーが使われた後、電子は次の光化学系の色素分子によって受け入れられ、これは光化学系Iと呼ばれる（図2）。
図2. 光化学系IIから、励起された電子は一連のタンパク質に沿って移動する。, この電子輸送システムは、電子からのエネルギーを使用して、チラコイドの内部に水素イオンをポンプで送り出します。 光化学系Iにおける色素分子は電子を受け入れる。
エネルギーキャリアを生成する：ATP
光依存反応では、太陽光によって吸収されたエネルギーは、ATPとNADPHの二つのタイプのエネルギーキャリア分子 これらの分子が運ぶエネルギーは、分子に単一の原子を保持する結合に格納されます。 ATPの場合、それはリン酸原子であり、NADPHの場合、それは水素原子である。, NADHは、クエン酸サイクルから電子輸送鎖にエネルギーを運ぶミトコンドリアで起こる細胞呼吸に関連してさらに議論されます。 これらの分子がカルビンサイクルにエネルギーを放出すると、それらはそれぞれ原子を失い、より低エネルギーの分子ADPおよびNADP+になる。
チラコイド空間における水素イオンの蓄積は、陽子（H+）の濃度の違いと、それらが生成する膜を横切る電荷の違いのために、電気化学的勾配を形成する。, このポテンシャルエネルギーは、ミトコンドリアのように、膜貫通酵素ATPシンターゼを介して電気化学的勾配を下る水素イオンの移動である化学オスモシスを介してATP中の化学エネルギーとして収集され、貯蔵される。
水素イオンはATPシンターゼと呼ばれる埋め込まれたタンパク質複合体を介してチラコイド膜を通過することができる。 この同じタンパク質は、ミトコンドリアのADPからATPを生成しました。, 水素イオンストリームによって生成されたエネルギーは、ATP合成酵素が光リン酸化と呼ばれるプロセスでATPの分子を形成するADPに第三のリン酸塩を結合することを可能にする。 ATP合成酵素を通る水素イオンの流れは、イオンが半透過性構造を通って高濃度から低濃度に移動するため、化学浸透症と呼ばれる。
別のエネルギーキャリアを生成する：NADPH
光依存性反応の残りの機能は、他のエネルギーキャリア分子、NADPHを生成することです。, 電子輸送鎖からの電子が光化学系Iに到着すると、クロロフィルによって捕捉された別の光子で再び通電される。 この電子からのエネルギーは、NADP+と水素イオン（H+）からのNADPHの形成を駆動する。 太陽エネルギーがエネルギーキャリアで貯えられるので、砂糖の分子を作るのに使用することができます。
要約すると：光合成の光依存性反応
光合成の最初の部分では、光依存性反応、顔料分子は太陽光からエネルギーを吸収します。 最も一般的で豊富な色素はクロロフィルaである。, 光子は光合成を開始するために光化学系IIを打ちます。 エネルギーは、チラコイド空間に水素イオンをポンプ電子輸送鎖を介して移動します。 これは電気化学的勾配を形成する。 イオンは、光合成の第二段階で糖分子の形成のために使用されるATPの分子を形成するためにchemiosmosisと呼ばれるプロセスで間質にチラコイド空間からATPシンターゼを通って流れます。 光化学系Iは第二光子を吸収し、カルビンサイクル反応の別のエネルギーキャリアであるNADPH分子を形成する。,
練習問題
光依存性反応におけるエネルギーの経路を記述します。
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