光合成：影響、阻害、反応要因

June 28, 2021
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クイックリードリスト公演

1.光合成の定義

2.光合成速度に影響を与える要因

2.1.光強度

2.2.二酸化炭素濃度

2.3.温度係数

2.4.含水量

2.5.クロロフィル含有量

2.6.光合成成分（光合成の結果）

2.7.成長段階

3.光合成の速度を決定する主な要因

3.1.光度「放射発散度」、波長、温度

3.2.カーボンジオキシと光呼吸Tingkat

4.光合成の速度を阻害する要因

5.光合成の明暗反応

5.1.光合成における光反応

5.2.光合成における暗反応

6.光合成の主な機能

6.1.これを共有：

6.2.関連記事：

定義光合成

光合成 は、植物、藻類、および藻類によって実行される、食品またはエネルギー物質、すなわちグルコースの形成のための生化学的プロセスです。栄養素、二酸化炭素、水と光のエネルギーを使用するいくつかの種類のバクテリアが必要です太陽。ほとんどすべての生物は、光合成で生成されるエネルギーに依存しています。光合成の結果として、地球上の生命にとって不可欠です。

光合成はまた、地球の大気中の酸素の大部分を生成すると考えられています。光合成によってエネルギーを生み出す生物写真光を意味する）は光合成生物と呼ばれます。光合成では、CO2からの遊離炭素がエネルギー貯蔵分子として糖に結合（固定）されるため、光合成は炭素同化の1つの方法です。生物が炭素を同化するために取る別の方法は、多くの硫黄バクテリアによって実行される化学合成によるものです。

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光合成速度に影響を与える要因

光強度

光には、波動特性と粒子特性の2つの特性があります。光の粒子の性質は通常、光子と量子で表されます。これらは、独自の特性を持つエネルギーのパケットです。各光子には特定の波長があります。各光子のエネルギーは波長に反比例するため、紫と青の光の波長オレンジと赤の光の波長よりも高い光子エネルギーを持っています（Sasmitamihardja、 1990).

Dwidjoseputro（1994）によると、私たちの目に見える光のスペクトルは、mµで表される波形で表すことができます。

紫の	インジゴ	青	緑	黄	オレンジ	赤
430 mµ	470mµ	500メートル	560メートル	600メートル	650メートル	760mµ

光吸収の基本原理はスタークアインシュタインの法則と呼ばれ、分子は一度に1つの光子しか吸収できず、この光子によって1つの光子だけが励起されます電子。軌道上で安定した基底状態にある電子は、通常、励起され、変位します基底状態（軌道）から離れて、光子のエネルギーに応じた距離（別の軌道まで）吸収。光子のエネルギーを吸収する分子がクロロフィル分子または他の色素である場合、その分子はその後、励起状態になり、この励起エネルギーは光合成。クロロフィルまたは他の色素は、通常、短時間、励起状態のままになります 10〜9秒以内の場合、電子が軌道に戻ると励起エネルギーが失われます。始まり。

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単一の光子によって分子または原子に誘導される励起エネルギーは、次の3つの方法で失われる可能性があります（Sasmitamihardja、1990）。

エネルギーは熱または熱として失われる可能性があります。
エネルギーは部分的に熱として失われ、残りは吸収された波長よりも長い波長の可視光として失われる可能性があります。これは蛍光と呼ばれます。
エネルギーは化学反応を実行するために使用することができます。光合成は3番目のプロセスの結果です。

光の強度が低いほど、吸収されるエネルギーが光合成に十分でないため、光合成の速度が遅くなります。葉によって捕らえられた波長は、気孔の口の幅を決定します。いくつかの研究では、青と赤の光が気孔の口の大きな広がりを提供し、緑と黄色の光が広がりを提供することがわかりました。

二酸化炭素濃度

COのレベルを上げることにより、光合成の速度を上げることができます₂空気。ただし、レベルが高すぎると、中毒になったり、気孔が閉じたりして、光合成の速度が低下する可能性があります。

温度係数

温度が高いほど、光合成の速度が速くなります。光合成の過程で機能する酵素は、最適な温度でのみ機能します。一般に、光合成の速度は、酵素の許容限界まで温度が上昇するにつれて増加します。

含水量

水不足や干ばつにより気孔が閉じ、二酸化炭素の吸収が阻害され、光合成の速度が低下します。

クロロフィル含有量

クロロフィルは葉緑体に緑色の粒として存在します。一般的に、葉緑体は楕円形で、基本的な材料は間質と呼ばれ、それに含まれる穀物はグラナと呼ばれます。

Dwidjoseputro（1994）によると、クロロフィルの形成に影響を与える要因は次のとおりです。

遺伝的要因。クロロフィルの形成、および動物や人間などの他の色素の形成は、染色体の特定の遺伝子によって運ばれます。この遺伝子が存在しない場合、植物はトウモロコシのように白く見え（アルビノ）、アルビノは長生きしません。
一部の被子植物の芽では、光を必要とせずにクロロフィルを形成することができます。暗闇で育った他の植物は葉緑素を形成することに成功せず、それらは青白くなります（白化）クロロフィル-aと同様のプロトクロロフィルが存在するため、黄色がかった色で、2つ未満しか含まれていません。 H原子。光が多すぎるとクロロフィルに悪影響を及ぼします。強い光にさらされたクロロフィルの溶液は、緑色が少なく見えます。これは、常に直射日光にさらされている葉でも見られ、その色は黄緑色になります。
暗闇で育てられ、光の中に置かれた芽は、酸素が与えられない限り、葉緑素を形成することができません。
特に砂糖の形で、それは黄化した成長を経験している葉のコロフィルの形成を助けます。砂糖がなければ、葉は葉緑素を生成することができません。
窒素、マグネシウム。クロロフィル材料を形成する鉄は、もちろん必須条件です。これらの物質のいずれかの欠乏は、植物の白化を引き起こします。
元素Mn、Cu、Zn。葉緑素の形成量はごくわずかですが、これらの元素がないと、植物も白化を起こします。
水が不足すると、乾季に草や木で発生するようにクロロフィルが崩壊します。
30〜480℃はほとんどの植物でクロロフィルを形成するのに良い条件ですが、最良は260〜300℃です。

黄色の葉はクロロフィルレベルの低下を示します。これにより、光合成の速度が低下します。植物のクロロフィル色素を作るには、鉄（Fe）、マグネシウム（Mg）、窒素（N）の元素が必要です。

光合成成分（光合成の結果）

砂糖などの光合成物のレベルが低下すると、光合成の速度が上がります。光合成レベルが上昇するか、飽和すると、光合成の速度が低下します。

成長段階

研究によると、光合成の速度は、成熟した植物よりも発芽中の植物の方がはるかに高いことが示されています。これは、発芽中の植物が成長するためにより多くのエネルギーと食物を必要とするためかもしれません。

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光合成の速度を決定する主な要因

光合成の過程は、いくつかの要因、すなわち環境条件などの直接影響を与える可能性のある要因の影響を受けますプロセスにとって重要ないくつかの臓器機能の破壊など、直接影響を与えない要因と同様に光合成。

光合成プロセスは、実際には、太陽光の存在、環境温度、二酸化炭素（CO2）の濃度など、いくつかの環境条件に敏感です。環境要因では、これは制限要因として知られており、光合成の速度に直接影響します。したがって、ここに光合成の速度を決定する主な要因があります、すなわち：

光度「放射発散度」、波長、温度

120世紀初頭、フレデリックフロストブラックマンとアルバートアインシュタインは、炭素同化率に対する光強度「放射発散度」と温度の影響を調査しました。この調査では、結論は次のとおりです。

一定の温度では、炭素同化の速度は、排出量が増加するにつれて最初に増加する排出量とともに変化します。しかし、より高い排出レベルでは、この関係は長くは続かず、炭素同化の速度は一定のままです。
一定の排出量では、限られた範囲で温度が上昇するにつれて、炭素同化率が増加します。この効果は、高い排出レベルでのみ見られます。低排出量では、温度の上昇は炭素同化の速度にほとんど影響を与えません。

カーボンジオキシと光呼吸Tingkat

二酸化炭素濃度が増加すると、光依存反応によって生成される糖のレベルは、他の要因によって制限されるまで増加します。暗反応で二酸化炭素を増加させる酵素であるルビスコは、炭素と酸素に対して結合親和性を持っています。二酸化炭素濃度が高い場合、RuBisCoは二酸化炭素を固定します。ただし、二酸化炭素濃度が低い場合、RuBisCoは二酸化炭素ではなく酸素に結合します。この過程で光呼吸と呼ばれるものは、エネルギーを使用しますが、砂糖を生成しません。

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光合成の速度を阻害する要因

光は植物にとって、特に栄養素を形成する光合成のプロセスに使用されるエネルギーとして有用です。地球上で最大の光源は太陽光です。日光は光合成にとって重要な要素ですが、光合成は体内の他の代謝プロセスの発生の鍵となるプロセスです工場。光の効果も植物の種類によって異なります。 C4、C3、およびCAM植物は、太陽光による照射の強度、品質、および持続時間の影響に対して異なる生理学的反応を示します（Onrizal、2009年）。

光は、温度、CO2、水に加えて、光合成の制限要因の1つです。光合成の速度は、太陽光の強度に正比例します。次に、植物が受けることができる日光の強度が大きいほど、塊茎の形成プロセスと廃棄時間が速くなります。しかし、すべての波長が植物に吸収されるわけではなく、特定の波長の植物だけが太陽光を吸収します（Samadi、2007）。

光強度が生殖成長に及ぼす影響は、光合成の速度に関係しています。光合成は、植物ホルモンのメカニズムを介した廃棄プロセスのエネルギー源です。日光が不足すると、光合成プロセスが中断され、栄養および生殖器官を形成するプロセスが中断され、その結果、植物は黄化の症状を示します。黄化は、植物が暗い場所または日光のない場所に置かれたときに非常に速い植物の成長です。

黄化は、次のようないくつかの症状を特徴とします。

植物は長さや高さがかなり急速に増加します
植物の茎や葉に見られる細胞壁は弱くなります。
あるセグメントと別のセグメントの間では、黄化した植物の距離が長くなります
植物のクロロフィル含有量の不足の結果としての淡い葉の色であるクロロシスの発生。

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光合成の明暗反応

光合成のプロセスは、光反応と暗反応の2つに分けられます。葉緑体のチラコイドプレートで発生する光反応は、ATPおよびNADPHエネルギーを生成するプロセスとして機能し、暗反応とそれらの細胞のニーズに入るのに使用されます。

次に、ストロマで発生する暗い反応。カルビン-ベンソン-バッシャム回路を介した光反応は、COを利用することにより、グルコース、スクロース、およびデンプン（デンプン）を生成します。₂ （炭素固定）

光合成における光反応

光反応：光依存反応：光合成の過程での光反応はチラコイド膜で起こります。チラコイド膜の内側には内腔があり、チラコイド膜の外側には光反応が起こるストロマがあります。チラコイド膜には、光反応を触媒する機能を果たす内在性膜タンパク質複合体が含まれています。チラコイド膜に見られるタンパク質複合体には、光化学系II、チトクロームb6f複合体、光化学系I、ATP合成酵素の4種類があります。これらの4種類のタンパク質が連携して、植物が必要とするATPとNADPHを生成します。

2つの光化学系、すなわち光化学系IとIIは、クロロフィル色素を介して太陽エネルギーまたは光子を吸収する役割を果たします。光化学系IIが反応すると、光反応が始まります。光化学系IIの反応中心にあるクロロフィル色素が光子を吸収すると、この分子の電子は高エネルギーになり、不安定になります。これは、電子がより高いエネルギーレベルの分子からより低いエネルギーレベルの分子に移動するレドックス連鎖反応を引き起こしますエネルギー。このプロセスは、電子伝達系として知られています。電子は光化学系IIからチトクロームb6f、そして光化学系Iに「流れ」ます。光化学系Iでは、電子は再び光子からエネルギー（光エネルギー）を取得します。最終的な電子受容体はNADPです。酸素光合成反応では、最初の電子受容体は水（光分解）であり、廃棄物として酸素を生成します。無酸素光合成の過程で、さまざまな種類の電子受容体が使用されます。

光合成の光反応では、シトクロムとATP合成酵素が連携してATPを生成します。光合成の光反応におけるこのプロセスは、光リン酸化と呼ばれ、環状と非環状の2つの方法で発生します。非周期的光リン酸化では、チトクロームb6fタンパク質は、光化学系IIの電子からのエネルギーを使用して、ストロマ内のプロトンを内腔まで送り出します。チラコイド膜に沿って走るプロトン勾配は、ATP合成酵素がATPを作るために使用するプロトン原動力を生み出します。一方、周期的光リン酸化では、チトクロームb6fタンパク質は、光化学系IおよびIIの電子からのエネルギーを使用して、より多くのATPを生成し、NADPHの生成を停止します。周期的な光リン酸化は、ATPを生成し、NADPHを適切な比率で維持して、光反応と光合成を継続するために不可欠です。酸素光合成の光反応における反応式は次のとおりです。

2H2O + 2NADP ++ 3ADP + 3Pi→O2 + 2NADPH + 3ATP

光合成における暗反応

ダークリアクション（カルビン回路-ベンソン回路）| 光合成–ストロマで暗い反応が起こります。プロセスで光エネルギーを必要としないが、エネルギーとしてATPを使用し、COを変換するための電子源としてNADPHを使用するため、ダークリアクションと呼ばれます₂ 炭水化物に（暗闇の中で暗い反応が起こっても誤解しないでください、光合成プロセスの暗い反応はほとんどの植物（CAMではC3植物、C4植物、およびCAMの両方で、ただしCAMでは入力プロセスに違いがあります）の日中 CO₂ つまり、暗闇/夜に。

光合成はNADPHとATPの生成に関与し、カルビンベンソン-バッシャム（CBB）回路はこれらの高エネルギー分子（ATP）を使用してグリセルアルデヒド-3-リン酸（G-3-P）を生成します。さらに、G-3-Pは従属栄養生物の主な栄養素であるヘキソース糖を合成するために使用することができます。

ステージIダークリアクション

暗反応CBB回路の最初のステップは、ペントースリン酸（PPP）経路の異性化ステップに似ています。この反応で使用される酵素は赤です（上の写真を参照）。酵素ルビスコ（リブロース二リン酸カルボキシラーゼの略）は、2つの反応でリブロース-1,5-ビスリン酸のカルボキシル化反応を触媒します。まず、リブロース-1-5-ビスリン酸は酵素ホスホリブロースキナーゼによってリン酸化される必要があります。このカルボキシル化プロセスから得られた結果は、2分子の3-ホスホグリセリン酸（3-ホスホグリセリン酸）です。

ダークリアクションの第2段階

暗反応のカルビンベンソン回路の第2段階は、糖新生の反応の1つと似ています。

3-ホスホグリセリン酸（3-ホスホグリセリン酸）は、酵素ホスホグリセリン酸キナーゼを使用してリン酸化され、1,3-ビスホスホグリセリン酸を形成します。
さらに、1,3-ビスホスホグリセリン酸はNADPHを使用して還元され、NADP +およびグリセルアルデヒド-3-リン酸を生成します。（グリセルアルデヒド-3-リン酸）酵素グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ（グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ）を使用。グリセルアルデヒド-3-リン酸の6分子ごとに、グルコース合成と経路で使用するために植物細胞の細胞質に運ばれます（輸出されます）。他の代謝。

ダークリアクションの第3段階

カルビン-ベンソン-バッシャム暗反応サイクルのステージ3は、リブロース（リブロース）の再生です。この段階は、ペントースリン酸経路の段階の1つにいくらか似ています。

次に、存在するグリセルアルデヒド-3-リン酸は、トリオースリン酸イソメラーゼ（トリオースリン酸イソメラーゼ）によってジヒドロキシアセトンリン酸（ジヒドロキシアセトンリン酸/ DHAP）に変換されます。
次に、ジヒドロキシアセトンリン酸は、アルドラーゼとフルクトースビスホスファターゼ（フルクトースビスホスファターゼ）によってフルクトース-6-リン酸（フルクトース-6-リン酸）（F-6-P）に変換されます。アルドラーゼは2つのDHAP分子を凝縮して、フルクトース-1,6-ビスリン酸分子を形成します。次に、フルクトース-1,6-ビスホスフェートはフルクトースビスホスフェートによってフルクトース-6-ホスフェート（F-6-P）に変換されます。次に、F-6-Pは、2つの酵素経路、つまりホスホグルコイソメラーゼとグルコース-6-ホスファターゼの助けを借りて糖に変換できます。
ジヒドロキシアセトンをエリトロース-4-リン酸と組み合わせて、セドヘプツロース-1,7-ビスホスフェート（セドヘプツロース-1,7-ビスホスフェート/ SBP）を形成することもできます。この反応は、酵素アルドラーゼによっても触媒されます。
次に、SBPはセドヘプツラーゼビスホスファターゼによって脱リン酸化され、セドヘプツラーゼ-7-リン酸（S7P）を形成します。
酵素トランスケトラーゼとトランスアルドラーゼによる集合反応により、キシルロース-5が形成された
リン酸塩（Xelulosa-5-リン酸/ X5P）およびリボース-5-リン酸（リボース-5リン酸/ R5P）。
最後に、この暗い反応では、X5PとR5Pは、酵素ホスホペントースエピメラーゼとホスホペントースイソメラーゼを使用して異性化されます。リブロース-5-リン酸（リブロース-5-リン酸）を生成し、カルビン-ベンソン-バッシャム回路を繰り返すことができます。

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光合成の主な機能

光合成の主な機能は、植物の主なエネルギー源としてブドウ糖を生成することです。このブドウ糖の存在下では、脂肪とタンパク質のエネルギー源も形成されます。現在、これらの物質は人間や動物の食料源となるため、光合成のプロセスは私たちの生活において非常に重要です。
光合成プロセスは空気をきれいにすることができます。空気は二酸化炭素の吸収と酸素の生成によって浄化されます。ですから、環境をきれいにするために木を植えることについてよく耳にします。なぜなら、木は私たちの空気をきれいにするのに役立つという光合成のプロセスがあるからです。
生涯にわたる植物の光合成能力により、植物の残りの部分は土壌に埋もれたままになります。長い間、たくさんの植物が石炭になり、現代の生活の原料やエネルギー源になります。