光合成は、光合成プロセスの機能ユニットです。それらは、電子の移動を伴うプロセスにおいて、光エネルギーを吸収および変換できる光合成色素およびタンパク質複合体の会合および特定の組織の形態によって定義されます。
発見された順序から、写真システムIおよびIIと呼ばれる2種類の写真システムが知られています。光化学系Iは、クロロフィルbの量と比較して非常に大量のクロロフィルaを持っていますが、光化学系IIは、両方の光合成色素の量が非常に似ています。
写真システムIの図。撮影、編集：Pisum。
光化学系は植物や藻などの光合成生物のチラコイド膜にあります。彼らはまた、シアノバクテリアで見つけることができます。
葉緑体
葉緑体は直径約5 µmの球状または細長い細胞小器官で、光合成色素を含んでいます。その中で、光合成は植物細胞で起こります。
それらは2つの外膜に囲まれ、内部には嚢様の構造が含まれ、チラコイドと呼ばれる2つの膜にも囲まれています。
チラコイドは積み重ねられてグラナという名前が付けられたグループを形成し、チラコイドを囲む流体は間質と呼ばれます。さらに、チラコイドは、チラコイド内空間を区切る内腔と呼ばれる膜に囲まれています。
光合成中の光エネルギーの化学エネルギーへの変換は、チラコイドの膜内で発生します。一方、光合成の結果としての炭水化物の生産と貯蔵は、間質で起こります。
光合成色素
それらは、光エネルギーを吸収して光合成プロセス中に使用することができるタンパク質であり、チラコイド膜に完全または部分的に結合しています。光合成の光反応に直接関与する色素はクロロフィルです。
植物のクロロフィルには主に2つのタイプがあり、クロロフィルaとbと呼ばれます。ただし、一部の藻類では、cやdなどの他のタイプのクロロフィルが存在する場合があり、後者は一部の紅藻にのみ存在します。
カロチノイドを構成するカロチンやキサントフィルなどの他の光合成色素があります。これらの色素は、一般に40個の炭素原子で構成されるイソプレノイドです。カロチンは非酸素化カロチノイドであり、キサントフィルは酸素化色素です。
植物では、クロロフィルaのみが直接光反応に関与しています。残りの色素は光エネルギーを直接吸収しませんが、光からキャプチャされたエネルギーをクロロフィルaに伝達することにより、補助色素として機能します。このようにして、クロロフィルだけで捕捉できるよりも多くのエネルギーが捕捉されます。
光合成
光合成は、植物、藻類、および一部の細菌が太陽光から来るエネルギーを利用できるようにする生物学的プロセスです。このプロセスを通じて、植物は光エネルギーを使用して、大気中の二酸化炭素と土壌から得られた水をグルコースと酸素に変換します。
光は一連の複雑な酸化反応と還元反応を引き起こし、光合成プロセスを完了するために必要な光エネルギーを化学エネルギーに変換します。フォトシステムは、このプロセスの機能単位です。
写真システムのコンポーネント
アンテナ複合体
それは、何百ものクロロフィル分子aを含む多数の色素と、さらに大量の付属色素、およびフィコビリンで構成されています。複雑なアンテナにより、大量のエネルギーを吸収できます。
それは、じょうごまたはアンテナ（したがって、その名前）のように機能し、太陽からのエネルギーを取得して化学エネルギーに変換し、それを反応センターに転送します。
エネルギーの移動のおかげで、反応中心のクロロフィルa分子は、それ自体で獲得するよりもはるかに多くの光エネルギーを受け取ります。また、クロロフィル分子があまりにも多くの光を受けた場合、それは光酸化する可能性があり、植物は死ぬでしょう。
反応センター
これは、一次電子受容体として知られている分子であるクロロフィルa分子と、それらを取り巻く多数のタンパク質サブユニットで構成される複合体です。
機能している
一般に、反応中心に存在し、光合成の光反応を開始するクロロフィル分子は、直接光子を受け取りません。付属色素、およびアンテナ複合体に存在する一部のクロロフィルa分子は、光エネルギーを受け取りますが、直接使用しません。
アンテナ複合体によって吸収されたこのエネルギーは、反応中心のクロロフィルaに転送されます。クロロフィルa分子が活性化されるたびに、エネルギーを与えられた電子を放出します。
結果として、一次アクセプターが減少し、クロロフィルaは水によって電子を回復します。水は、最終的な電子解放体として機能し、酸素が副産物として得られます。
タイプ
フォトシステムI
チラコイド膜の外表面にあり、クロロフィルaやカロテノイドに加えて、クロロフィルbの量が少ない。
反応中心のクロロフィルaは、700ナノメートル（nm）の波長をよりよく吸収するため、P700（顔料700）と呼ばれています。
光化学系Iでは、フェロドキシングループのタンパク質のグループ-硫化鉄-が最終的な電子受容体として機能します。
光化学系II
光を光合成に変換する過程で最初に作用しますが、最初の光化学系の後に発見されました。チラコイド膜の内面にあり、光化学系Iよりもクロロフィルbの量が多い。クロロフィルa、フィコビリン、キサントフィルも含まれている。
この場合、反応中心のクロロフィルaは、前のケースのように700 nmの波長ではなく、680 nmの波長（P680）をよりよく吸収します。この光化学系の最後の電子受容体はキノンです。
光化学系II図。撮影・編集：オリジナル作品はKaidorによるものです。。
光化学系IとIIの関係
光合成プロセスには、両方の写真システムが必要です。作用する最初の光化学系はIIで、光を吸収するため、反応中心のクロロフィルの電子が励起され、一次電子受容体がそれらを捕獲します。
光によって励起された電子は、チラコイド膜にある電子輸送鎖を通って光化学系Iに移動します。この変位によりエネルギー低下が起こり、水素イオン（H +）が膜を通過してチラコイドの内腔に向かって輸送されます。
水素イオンの輸送は、チラコイドの内腔空間とATPを生成する働きをする葉緑体間質との間にエネルギー差を提供します。
光化学系Iの反応中心のクロロフィルは、光化学系IIからの電子を受け取ります。電子は、光化学系Iの周りで周期的な電子輸送を続けるか、NADPHを形成するために使用され、次にカルビンサイクルに輸送されます。
参考文献
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