葉緑体
葉緑体。 光合成の劇場
光合成は、太陽光のエネルギーを「食べ物」に変えるプロセスで、光反応と二酸化炭素を使うカルビンサイクルと呼ばれる2つの基本反応セットに分けられます。 光合成の化学式は、6CO2 + 6H2O + 光エネルギー → C6H12O6 + 6O2です。 光合成は植物細胞特有の小器官である葉緑体で行われる。
下図に示すウィンタージャスミンの葉1枚を顕微鏡で観察すると、各細胞内に数十個の小さな緑の楕円があるのがわかるだろう。 これは植物や藻類の光合成を行う葉緑体という小器官である。 葉緑体はある種の細菌によく似ており、独自の円形DNAやリボソームまで持っています。 実は、葉緑体はかつて独立して生きていたバクテリア（原核生物）であったとする「共生説」がある。 光合成が葉緑体の中で行われると言うことは、植物や藻類だけでなく、一部の細菌、つまり、ほとんどすべての光合成を行う独立栄養生物についても言えることなのです。 顕微鏡で見ると、多くの緑色の葉緑体が見えます。
それぞれの葉緑体には、グラナ（単数形、granum）と呼ばれるきちんとした積み重ねがあります。 グラナはチラコイド膜と呼ばれる袋状の膜で構成されています。 この膜の中には、緑色の色素であるクロロフィルを含む分子群である光化学系が入っている。 光合成の光反応は、チラコイド膜の中で起こります。 下図のように、チラコイド膜の外側にある空間がストロマです。 ここでカルビンサイクルの反応が行われる。 酵素のほかに、色素と電子伝達体という2つの基本的な種類の分子がこのプロセスの重要な担い手であり、これもチラコイド膜に存在します。
Encyclopedia Britannicaで葉緑体のビデオツアーを見ることができます。 Chloroplast:www.britannica.com/EBchecked/…in-plant-cells。
葉緑体は、ストロマに囲まれたチラコイド膜から構成されています。
電子キャリア分子は、通常、電子輸送鎖（ETC）に配置されています。 これらは、エネルギーを運ぶ電子を受け入れ、小さなステップで渡します（下図）。 このようにして、化学エネルギーを一時的に蓄えるATPやNADPHが作られる。 輸送鎖の中の電子は、ちょうどボールが階段で跳ね返るようなもので、跳ね返るたびに少しずつエネルギーが失われていく。 しかし、電子輸送チェーンの各ステップで「失われた」エネルギーは、少しずつ仕事を成し遂げ、最終的にATPの合成につながります。
この図は、光合成の光反応を示しています。 この段階の光合成は光化学系II（光化学系Iの後に発見されたのでこの名がある）から始まります。 光化学系IIで2個の電子（2 e-）を見つけ、電子輸送系（電子伝達系ともいう）を経てNADPHができるまでを追ってください。 ATPを作るのに役立つ水素イオン（H+）はどこから来るのか。