光合成
光合成とは、植物などが食べ物を作る過程のことです。それは、細胞がエネルギーとして使用することができます糖に二酸化炭素を回すために日光を使用して吸熱（熱を取る）化学プロセスです。植物だけでなく、多くの種類の藻類、原生生物、バクテリアなども光合成を利用して食料を得ています。光合成は地球上の生命にとって非常に重要です。例外は、直接化学反応からエネルギーを得る特定の生物であり、これらの生物は、化学好中球菌と呼ばれています。
光合成は様々な方法で起こりますが、共通している部分があります。
6 CO2(g)＋6 H2O＋光子→C6H12O6(aq)＋6 O2(g)
二酸化炭素は大気からの拡散によりストマタから葉に入ります。
水の取り込みを高めるために表面積を増やした根毛細胞が土壌から水分を吸収します。
光合成は、光エネルギーを吸収する緑色の色素であるクロロフィルを含む葉緑体（葉の細胞に見られる）で行われます。葉の中のパリセード細胞は、より多くの光を取り込むために葉緑体をたくさん持っています。このようにして、植物はより多くの光合成を行うことができます。
酸素は廃棄物です：呼吸に使用されたり、ストマタを通って葉の外に拡散したりします。
ブドウ糖は呼吸（細胞内でエネルギーを放出する）に使用されます。それはデンプンの形で保存されています（暗闇の中で呼吸のためにグルコースに変換されます）。グルコースはまた、成長と生殖のために他の化合物、例えばセルロース、蜜、フルクトース、アミノ酸、脂肪に変換することができます。
太陽光からのエネルギー、根に吸収された水、大気中の二酸化炭素は、光合成によってブドウ糖と酸素を生成します。
反応
光合成には主に2つの反応があります。光に依存した反応は光を必要とし、光に依存しない反応は光を必要としない。
光依存反応
太陽からの光エネルギーを利用して水分子を分裂させます（光分解）。太陽の光が植物の葉緑体に当たることで、酵素が水を分解します。水は分解されると、酸素、水素、電子を作ります。
水素は、光によって通電された電子と一緒に、光に依存しない反応で使用されるNADPをNADPHに変換します。酸素は光合成の廃棄物として植物の外に拡散し、ATPはADPと無機リン酸塩から合成されます。これらはすべて葉緑体のグラナで行われています。
光に依存しない反応
この反応の間、二酸化炭素と光依存反応の生成物（ATPとNADPH）、そしてカルバンサイクルの中で植物に見られる様々な化学物質を使って糖が作られていきます。したがって、光に依存しない反応は、光に依存した反応なしには起こりえません。二酸化炭素は植物内に拡散し、葉緑体の化学物質、ATP、NADPHとともに、グルコースが作られ、最終的には転座によって植物内を移動します。
葉緑体の模式図
初期進化
最初の光合成生物は、おそらく生命の歴史の中で早い段階で進化したと思われます。彼らは水ではなく、水素や硫化水素のような還元剤を電子の供給源として使っていたのかもしれません。その後、シアノバクテリアが出現し、彼らが作り出した過剰な酸素が酸素大災害の原因となりました。これが複雑な生命の進化を可能にしたのです。
効果
現在、光合成によるエネルギー捕獲率は世界全体で平均約130テラワットとなっており、これは現在の人類文明が使用している電力の約6倍に相当します。また、光合成生物は、年間約1億～1億1,500万トンの炭素をバイオマスに変換している。
質問と回答
Q:光合成とは何ですか?
A:光合成は、植物や一部の微生物が太陽光を利用して二酸化炭素を糖に変えるプロセスです。光エネルギーを化学エネルギーに変換するのです。
Q:光合成の産物は何ですか?
A:光合成の産物は糖質です。糖質は細胞内でエネルギーとして使われたり、他の分子を作るために使われます。
Q:光合成は、地球上の生物にどのような影響を与えているのでしょうか?
A:光合成は、大気中に酸素を供給する役割を担っており、地球上の生命にとって不可欠なものです。光合成がなければ、地球上の生命は存在しないでしょう。
Q:光合成をするのは誰?
A:緑色植物、藻類、原生生物、一部の細菌が光合成を行います。化学反応からエネルギーを得る一部の生物は化学求栄養生物と呼ばれ、光合成を行いません。
Q:光合成は発熱反応ですか、それとも吸熱反応ですか?
A:光合成は吸熱反応であり、光合成を行うためには熱を必要とします。
Q:光合成は光をどのようなエネルギーに変換するのですか?
A:光合成は、光エネルギーを化学エネルギーに変換する反応です。
