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植物はハイテクよりハイテク

2009 - 07/01 [Wed] - 23:56

こんにちわ。
今日もハリキッテまにあっくしますね。

先日、ミトコンドリアで行われる【内呼吸】を紹介しました。
まだ読んでいない方は、ここをクリックしてぜひ目を通して!
お手数でもそうしていただく方が、今日の話がわかりやすいと思います。

さてミトコンドリアでは、
ATP(アデノシン三リン酸)という”エネルギー通貨”を合成していました。
そのエネルギーの源はグルコースです。
だから、食事をしないと生きていけないわけですね。 無理なダイエットはよくないよ

それじゃ~、そのグルコースはどうやって作られてるの(?_?)

それが今日のお題です。

植物が緑色をしているのは葉緑体を持っているからですよね。
その構造はこんな感じ……

葉緑体

二重膜に包まれた中に「チラコイド」という微小構造がありますが、
その膜上でグルコース合成の第1ステップが始まります。
ここには光化学系Ⅱ光化学系Ⅰという2つの複合体があります。
その中に含まれているのがクロロフィルで、
葉緑体が緑色に見えるのはこの色素が原因です。

かなりまにあっくな話になりますが、
4つのピロール環からできる環状構造を持つ化学物質を「ピロール」といいます。
ピロールはその中心に金属を取り込むことができます。 キレートするわけ
クロロフィルの場合にはマグネシウム(Mg)がキレートされてます。
このような化学物質を【錯体】と呼びますが、
マグネシウム(Mg)ではなく鉄(Fe)が取り込まれたのがヘムです。
これがシトクロムやヘモグロビンの”原料”となるわけ。

クロロフィル

クロロフィルは太陽光を吸収します。
するとエネルギー状態が高くなって、
光化学系Ⅱから電子( e- )が飛び出します。
e- を失うということは、【酸化】されたといい換えてもOK。
この e- の持つエネルギーを使って、
チラコイドの外から中に向かってプロトン(H)を汲み入れます。
こうしてできるHの濃度勾配を利用して、
ATP合成酵素で【ATP】を合成する点はミトコンドリアにそっくり!
ただミトコンドリアでは内膜の外から中にHが流入しましたが、
葉緑体ではチラコイド膜の中から外に向かってHが流出します。

ところで、e- が飛び出した光化学系Ⅱをそのままにしておけない。
いわば ”e- の穴” がぽっかり空いたような状態になってるわけで、
これを正孔(hole)といいます。
”hole”といっても別に虫食いのような”穴”が空いてるわけじゃなく、
e-不足した状態だとお考えください。

そこで e- を放出する反応と並行して、
水(H2O)を水素(H2)と酸素(O2)に分解します。
実際には、水素がHと e- に分けられるのはいうまでもありません。
ここで生じた e- が正孔の埋め合わせに利用され、
これでめでたく光化学系Ⅱは元の状態に戻るでしょ?
今度は e- が入って【還元】されるわけですね。
残ったHも無駄にせず、ATP合成に回されます。

次に e- が向かうのは光化学系Ⅰです。

数字の順番が間違ってない?

確かに逆なんですが、
これは”発見”された順に名付けられた結果なので我慢してくださいね。

光化学系Ⅰにもクロロフィルがあり、
太陽光を吸収して、ここでも e- を放出します。
光化学系ⅡではエネルギーをHの汲み出しに使いましたが、
ここではNADPからNADPHを合成します。
【NADPH】は【NADH】と同じ働きをする電子伝達体ですが、
アデノシンのリボースにリン酸基(-PO3H2)が結合している点が異なります。
NADPH
ただし、今度は光化学系Ⅰに ”e- の穴” が空いちゃいましたね。
これを補うのが最初に光化学系Ⅱを飛び出した e- です。
こちらはもうエネルギーを使い果たしちゃってるので、
光化学系Ⅰの中に静かに納まります。 これで差し引きゼロ

以上でステップ1の終了です。
ステップ1には太陽光が必要なので明反応といいますが、
反応をまとめるとこうなります……

  反応式A  H2O + NADP → 1/2O2 + NADPH + H

同時に、【ATP】の合成も行われます。

  反応式B  ADP + Pi → ATP

結果として【NADPH】と【ATP】が合成されるわけですが、
一連の流れを表した面白い【イラスト】を紹介しましょう。
難しい説明なんかより、意外にわかりやすいかも……
明反応

子供の頃にこんな【イラスト】を見て、
「身体の中に小人がいるんだ」って勘違いしちゃった方も多いでしょ?
実は、まにあっくもそう信じてました(*^_^*) お恥ずかしい

一息ついたところで、もう一度頭を集中させてくださいね。
ここで 反応式A に注目してみましょう。

よ~く見て!  H2O + NADP → 1/2O2 + NADPH + H

これってミトコンドリアの電子伝達系の逆反応でしょ?
さらに、ここから e- の”運び屋”の【NADP】と【NADPH】を消してみるとと……

  H2O → 1/2O2 + 2H+ 2e-

これは燃料電池の逆反応で、水(H2O)の分解に他なりません。
ただし燃料電池はエネルギーを発生しましたが、
水(H2O)を分解するにはエネルギーを加えなくっちゃならないわけです。
理科の実験では電気を使うので、【水の電気分解】っていいます。
でも……、植物は電気を使えない!

そこで葉緑体は、クロロフィルを使って太陽光のエネルギーをかき集めます。
これを利用して水(H2O)を分解し、
水素(実際には Hと e- )を取り出してるんですね。
そこで、こちらは水の光分解です。
これはとりもなおさず……

一次エネルギー(太陽光)を二次エネルギー(水素)に加工してる――ってこと。

「これからは水素社会\(^o^)/」なんていくら息まいても、
肝心の水素を何から手に入れるかが問題です。
これを化石燃料に頼ってる内は”クリーン”なんて自慢できないし、
再生可能エネルギーには程遠い(>_<)
植物は化石燃料なんか使わずに、
立派に二次エネルギーを作り出しているんですよ。
自然って、ホンと凄いね! 正真正銘のエコです

最後に、
今回も理科ネットワークの動画コンテンツを紹介しておきましょう。
ここをクリックして、【明反応】をおさらいしてみてください。

  使い方
  1.トップ画面の【コンテンツメニュー】をクリック
  2.menuの中から【3】をクリック
  3.上の方に並んでいる数字の【15】をクリック
  4.「明反応のまとめ」の画面をクリック  これで動画が始まります


次にステップ2に移ろうと思ったんですが、
今日の”タイムリミット”が迫っているようです。 アチャ~(>_<) 
というわけで、
続きは明日ということでご容赦ください


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