光合成の光化学反応 - Genspark

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はじめに

光合成の光化学反応は、光エネルギーを化学エネルギーに変換するプロセスである。この反応は光合成の中で光化学系という特定のタンパク質複合体によって行われる。
光エネルギーによってクロロフィル分子が活性化し、水を分解して酸素を発生。電子とATP、NADPHを生成する。これらの生成物は後のカルビン回路での二酸化炭素固定に利用される。
光化学反応は主にチラコイド膜で起こり、二つの光化学系（PSIとPSII）が協力して機能する。PSIIは水分解による酸素発生に関与し、PSIはNADPHの生成に寄与する。
非酸素発生型光合成を行う細菌では、硫化水素などを電子供与体とし、酸素ではなく硫黄を生成する。
光化学反応により生成されたATPとNADPHはカルビン回路での糖生成に必須。

光合成の仕組み [1]

光合成は、植物などが光のエネルギーを利用してデンプンなどの養分を作る過程。主に酸素発生型と非酸素発生型に分かれる。
酸素発生型光合成では、水を分解して酸素を発生し、二酸化炭素を固定して有機物を合成する。
この反応は光化学系とカルビン回路という二つの主要な反応系から構成される。
光化学系は明反応と呼ばれ、光エネルギーの変換に直接的に関与する。
光合成細菌による非酸素発生型光合成では、硫化水素が利用され、酸素の代わりに硫黄が生成される。

光化学系の役割 [1]

光化学系は光合成の過程で光エネルギーを化学エネルギーに変換するためのシステム。
光化学系II（PSII）は水を分解し、酸素を生成しながら電子を得て、光合成の初期段階を担う。
光化学系I（PSI）は、電子を受け取り、NADPHを生成することで、後のカルビン回路の重要なエネルギー源を供給する。
両者は連携して電子伝達系を形成し、このプロセスによりATPも合成される。
光合成色素クロロフィルが光を吸収して、反応中心にエネルギーを送り、光化学反応が進行する。

人工光合成の研究 [1]

人工光合成は、自然の光合成のように光エネルギーを化学エネルギーに変換する技術。
研究の焦点は、水を分解して酸素水素を生成し、二酸化炭素を固定する触媒の性能向上にある。
この技術は、地球の二酸化炭素排出削減に貢献すると期待されている。
実用化には耐久性や様々な波長の光を吸収できるような広帯域化が求められている。
変換効率はすでに植物の光合成のパフォーマンスを上回るが、さらなる最適化が目指されている。

光合成の進化 [1]

生物による光合成は、地球に酸素を蓄積し、生物の多様化を促進した重要な進化の段階。
最初の光合成は非酸素発生型で、硫化水素などを用いて電子を獲得した。
酸素発生型光合成は、シアノバクテリアによって約28億年前から始まったとされる。
この型の光合成は、植物や藻類の葉緑体の能力をもたらした。
シアノバクテリアの細胞内共生によって、真核藻類や植物が光合成能力を得ることができた。

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