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高校2~高校3年生 (16-18歳)

生物 光合成 わかりやすく

Photosynthesis

光合成は、葉緑体が光エネルギーを使って二酸化炭素と水からブドウ糖をつくり、酸素を放出する過程です。 チラコイド膜で起こる明反応は水を分解して O₂ を放出し、ATP と NADPH をつくります。ストロマのカルビン回路は、その ATP と NADPH を使って CO₂ を固定し、ブドウ糖の材料をつくります。 植物はいつも呼吸もしているので、光が弱いと呼吸で使う O₂ のほうが多く、光が強くなるにつれて光合成が上まわり、光飽和点からはそれ以上速くなりません。 図では、光の強さを変えると明反応から出る ATP・NADPH の矢印が太くなり、下のグラフの点が光補償点と光飽和点を通りすぎていくようすを見ることができます。

光エネルギーを化学エネルギーに

🌿 光合成は何を何に変えるのか
①植物や藻類などの生産者は、光エネルギーをブドウ糖の化学エネルギーに変えてたくわえる
②光合成は葉緑体で起こり、チラコイド膜にあるクロロフィルなどの色素が光を吸収する
③第一段階の明反応は光がないと起こらず、ATP、NADPH、O₂ をつくる
④第二段階の炭酸同化（カルビン回路）は、明反応がつくった ATP と NADPH を使って CO₂ を有機物に変える
⑤こうしてできたブドウ糖は植物自身の呼吸に使われ、食物連鎖を通じてほかの生物にも渡る

光の強さと光合成速度

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💡 グラフから読みとること
①光がないと光合成は止まり呼吸だけが起こるので、見かけの光合成速度は負になる。O₂ を吸収し CO₂ を放出する
②光が強くなるほど明反応が速くなって ATP と NADPH が多くつくられ、カルビン回路もそれに合わせて速くなる
③光合成速度と呼吸速度が等しくなる光の強さが光補償点で、このとき見かけの気体の出入りは 0 である
④光をさらに強くしても光合成速度がそれ以上増えなくなる光の強さが光飽和点である
⑤光飽和点より強い光のもとでは、光ではなく CO₂ 濃度や温度が速度を決める限定要因になる

反応式と二つの段階

光合成全体の反応式
6CO₂ ＋ 12H₂O → C₆H₁₂O₆ ＋ 6O₂ ＋ 6H₂O
水を両辺に書くと、放出される O₂ の酸素原子 12 個がすべて反応物の H₂O から来ていることがわかる

光合成の二つの段階

明反応とカルビン回路
区分明反応カルビン回路
場所チラコイド膜ストロマ
光必ず必要直接は使わないが、明反応の産物がないと進まない
入るものH₂O、光エネルギー、ADP、NADP⁺CO₂、ATP、NADPH
出るものO₂、ATP、NADPHG3P（ブドウ糖の材料）、ADP、NADP⁺
おもな過程水の光分解、光リン酸化CO₂ の固定、PGA の還元、RuBP の再生

光合成と細胞呼吸

光合成と呼吸

光合成と細胞呼吸の比較
区分光合成細胞呼吸
場所葉緑体細胞質基質とミトコンドリア
反応CO₂ ＋ H₂O → ブドウ糖 ＋ O₂ブドウ糖 ＋ O₂ → CO₂ ＋ H₂O
エネルギーの変換光エネルギーを化学エネルギーとしてたくわえるブドウ糖の化学エネルギーを ATP として取り出す
行う生物植物や藻類などの光合成を行う生物ほとんどすべての生物（植物も含む）

例題と過去問で確認

例題 1
光合成の明反応とカルビン回路は、それぞれ葉緑体のどこで起こり、二つの反応は何をやりとりしているか。
1
明反応は光を吸収する色素と電子伝達系があるチラコイド膜で、カルビン回路はチラコイドのまわりを満たすストロマで起こる。
2
明反応がつくった ATP と NADPH はカルビン回路へ渡って CO₂ の固定に使われ、使い終わった ADP と NADP⁺ は明反応へもどる。
▸ 明反応はチラコイド膜、カルビン回路はストロマ。明反応は ATP・NADPH を渡し、カルビン回路は ADP・NADP⁺ を返す
図の二本の矢印がこのやりとりである。光の強さを 0 にすると ATP・NADPH の矢印が消え、カルビン回路も薄くなる。
例題 2
ある植物に光を当てたところ、見かけの気体の出入りが 0 になった。このときの光合成速度と呼吸速度はどのような関係か。
1
見かけの光合成速度 ＝ 光合成速度 − 呼吸速度である。
2
見かけの光合成速度が 0 なら光合成速度と呼吸速度は等しく、このときの光の強さを光補償点という。
▸ 光合成速度 ＝ 呼吸速度（光補償点）
光補償点では、光合成で放出した O₂ を呼吸がすべて使うので、見かけの変化がない。図で光の強さを 1 にすると、点がちょうど横軸の上にのる。
韓国修能 類題
植物の光合成についての説明として正しいものはどれか。
①明反応はストロマで起こる
②明反応では水が分解されて O₂ が発生する
③カルビン回路は明反応の産物がなくても進みつづける
④ブドウ糖は明反応の直接の産物である
⑤光飽和点を超えても、光を強くすると光合成速度は増えつづける
▸ ② 明反応では水が分解されて O₂ が発生する
1
明反応では光エネルギーで水が分解されて O₂ が放出され、このとき生じた電子を使って ATP と NADPH がつくられる。
2
明反応はチラコイド膜で起こり（①）、カルビン回路は明反応がつくる ATP と NADPH がないと進まず（③）、ブドウ糖はカルビン回路の産物であり（④）、光飽和点より上では光を強くしても速度は増えない（⑤）。

まとめ

光合成の流れ
光 → 明反応（ATP・NADPH をつくる）→ カルビン回路（CO₂ の固定）→ ブドウ糖
明反応が光エネルギーを ATP と NADPH にたくわえ、カルビン回路がそのエネルギーで CO₂ をブドウ糖に変える
🎯 試験ポイント
①明反応はチラコイド膜で起こり、水が分解されて O₂ が放出され、ATP と NADPH がつくられる
②カルビン回路はストロマで起こり、ATP と NADPH を使って CO₂ を固定し G3P をつくる
③光合成で放出される O₂ は CO₂ ではなく H₂O に由来する
④光補償点では光合成速度と呼吸速度が等しく、見かけの光合成速度は 0 である
⑤光飽和点より上では光を強くしても速度は増えず、CO₂ 濃度と温度が限定要因になる
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最終更新

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