光合成 最終まとめ

インターネットの良いところは、わからなかったらその文章はパッと捨てて次の人のところに行けることだ。

もし一冊の教科書で勉強していたら、とっくの昔に挫折していたに違いない。

こういう「耳学問」的な勉強ができるのがありがたい。わからなくても恥じることはない。わかるように説明しないほうが悪いのである。


ということで話のあらすじ。

1.光合成は水のイオン化過程から始まる

水のイオン化が行われるのは「酸素発生複合体」である。これにはたくさんの名前があって、人によって言い方が違う。

酸素発生中心(oxygen evolving center)というのもある。マンガンクラスタという人もいる。水デヒドロゲナーゼ(OEC)というもっともらしい名前で呼ぶ人もいる。

しかし、私としてはクロロフィルと同様に、一種の光触媒だと考えるのが自然ではないかと思う。

ここでマンガンに抱かれた水(2分子)は4回にわたって登っては落ち、登っては落ちして、最終的に手持ちの水素をすべて放出して酸素になる。

酸素を手放したマンガンは、再び新たな水を探して抱きつく。

「登る」というのはマンガンがエネルギー準位を上げるということだ。エネルギー準位を上げるために光エネルギー(hv)が利用される。

ジェットコースターがカタカタと言いながら出発点まで登っていくのとそれは似ている。

登りきると、プロトンと電子はマンガンから離れて飛び出す。マンガンは励起状態から基底状態に戻る。これが4サイクル続くことになる。

2.使うのは電子だけ

こうして2分子の水から4H++O2+4e- が生成される。

「酸素発生複合体」というが、本当は「電子発生複合体」というべきだろう。酸素は副産物にすぎない。水素イオンもとりあえずは副産物だが、あとで再生利用される。

この電子は複合体の近くに待機したチロシンを運び屋として、反応中心に持ち込まれる。

3.「反応中心」における反応

反応中心というのは光合成装置のメインジェネレータである。何をジェネレート(加速)するかというと、チロシンから受け取った電子である。

今度はマンガンではなく葉緑素(クロロフィル)が光触媒となる。このクロロフィルは暗黒の世界で還元型のクロロフィルとして存在し、「P680」と名付けられている。

まずP680は電子を抱くことによりイオン化される。イオン化されたP80は光の中に入り、光エネルギーを受けることによりエネルギー準位を高めていく。

光の中と行っても、日差しの中というわけではない。パラボラアンテナのような集光器で集められた光子が色素間を伝達され、反応中心に集められた光エネルギーである。

電子の質量は限りなく小さい。したがってエネルギーのほとんどは、そのスピードによって規定されている。光エネルギーを吸収したP680上の電子はどんどんスピードを上げて外縁軌道へ飛び出していく。これを励起という。

そして最後にはP680から飛び出していく。残されたP680は還元型クロロフィルとして、ふたたび暗闇の世界に戻っていく。

4.その後の光合成の世界

ここまででわかるように光エネルギーは2度使われる。一度目はマンガンとの共同で電子を作るために、そして二度目はP680との共同で電子を励起するために。

励起された電子はクロロフィルを離れて反応中心内を移動し、最終的にはプラストキノンBに付着する。

プラストキノンは十分な電子を得ると光化学系Ⅱから離れ、電子伝達系へと移動する。

つまりプラストキノンは酸素発生複合体におけるチロシンと同じように電子の運び屋の役を果たしていることになる。

実際には、この間にシトクロムなんとか複合体という酸化還元成分を通り、さらに光化学系Ⅰでもう一度励起され、最終的にNADP+という物質に渡される。ほしいのは陽イオンだったのである。

そしてから本当の電子伝達系が始まる。

NADP+は水素イオンを抱いて炭化水素の生成回路に入り、炭酸ガスから酸素を飛ばして水素を押し付ける。

このときもう一つのエネルギー源が登場する。それがATPだ。これは光合成の最初の段階、酸素発生複合体に由来している。

水のイオン化の際にチラコイド内にはおびただしい量のH+が垂れ流された。これにより膜の両側に著しいイオン濃度差が生まれた。

これがプロトンポンプとなりATPを生み出している。ATPはNADP+を炭酸ガスにくっつけて水素イオンを伝達するためのエネルギーとなる。

ただしこの辺の知識は曖昧で、あとで訂正が必要になるかもしれない。

とまぁ、だいたいこんなところだ。

これなら素人にもよく分かるだろう。

ああ、つかれた。