光合成と光呼吸の違い

光合成とは

光合成は、太陽光からのエネルギーを利用して、二酸化炭素と水からブドウ糖を生成するプロセスです。クロロフィル、カロテノイド、フィコビリンなどの光合成色素は、太陽光のエネルギーを閉じ込めます。植物や藻類では、これらの色素は葉緑体に濃縮されています。酸素は光合成の副産物として放出されます。光合成は、光エネルギーを化学エネルギーに変換する、地球上で発生する重要なプロセスの1つです。このプロセスで生成されたグルコースは、細胞呼吸と呼ばれる別のプロセスでATPを生成するために使用できます。

光合成のプロセスは、光反応と暗反応の2つに分けることができます。

光反応

光反応は、葉緑体のストロマに埋め込まれたチラコイドのスタックであるグラナのチラコイド膜で発生します。光合成色素は、チラコイド膜上の光中心に組織化されています。光化学系IIは光エネルギーを吸収して光中心に輸送し、高エネルギー電子の生成を可能にします。これらの高エネルギー電子は、チトクロームb6f複合体を介して光化学系Iに移動します。それらはさらに一連のフェレドキシン担体を通過し、NADPHを生成します。光システムで発生する電子不足は、光分解と呼ばれるプロセスで水分子を分割することによって埋められます。得られた水素イオンはATPの生成に使用されます。

図1：光反応

ダークリアクション

軽い反応の後に暗い反応が続きます。ここでは、光反応によって生成されたNADPHとATPを使用して、二酸化炭素と水からグルコースを生成します。 C3回路を介して発生する暗反応は、カルビン回路とも呼ばれ、光を使用せずに葉緑体のストロマで発生します。炭素の固定は、二酸化炭素からRuBP（リブロース1,5-ビスリン酸）に炭素原子を固定する酵素RuBisCO（リブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ）を使用してカルビン回路で発生し、3を生成します。 -ホスホグリセリン酸。一部の3-ホスホグリセリン酸分子は還元してグルコースを形成し、残りはリサイクルされてRuBPを生成します。ブドウ糖に加えて、18のATPと12のNADPHもカルビン回路の間に生成されます。

C4サイクルを通じて発生する暗反応は、ハッチ-スラック経路と呼ばれ、二酸化炭素が最初にPEPに固定され、次にRuBPに固定されます。

光呼吸とは

光呼吸は、過剰な酸素の存在下でのカルビン回路の阻害です。それはすでに固定された二酸化炭素の損失につながります。したがって、光呼吸は糖合成を減少させ、細胞のエネルギーを浪費します。 RuBisCOの酸素と結合する能力は、光呼吸の原因です。したがって、酸素の存在下では、RuBisCOは二酸化炭素の代わりにカルビン回路でRuBPに酸素を追加します。この反応では、カルビン回路の中間体である3-PGAと、カルビン回路に入ることができないホスホグリコール酸の2つの分子が生成されます。そのため、光呼吸はカルビン回路から炭素を盗むか除去します。さらに、植物は一連の反応を利用してホスホグリコレートを回収し、細胞のエネルギーも盗みます。したがって、光呼吸はエネルギーを生成する非効率的な方法と見なされます。

図2：光呼吸とカルビン回路

C4サイクルは、二酸化炭素の二重固定によりこの問題を解消します。 PEPカルボキシラーゼによって二酸化炭素をPEP（ホスホエノールピルビン酸）に固定し、葉肉細胞でオキサロ酢酸を生成します。 PEPカルボキシラーゼは、二酸化炭素に対する親和性が高く、酸素に対する親和性が低くなっています。次に、オキサロ酢酸はリンゴ酸に変換され、維管束鞘細胞に輸送されます。リンゴ酸塩は、維管束鞘細胞内で二酸化炭素とピルビン酸に解離し、細胞内の二酸化炭素濃度を増加させます。高二酸化炭素濃度の存在下では、RuBisCOは酸素と結合しません。

光合成と光呼吸の類似点

光合成と光呼吸の違い

意味

光合成とは、緑の植物や他の生物が日光を利用して二酸化炭素と水から栄養素を合成するプロセスを指し、光呼吸とは、一般的なものとは異なり、植物が光の中で酸素を吸収して二酸化炭素を放出する呼吸プロセスを指します。光合成のパターン。

二酸化炭素/酸素

光合成は主に二酸化炭素の存在下で発生し、光呼吸は主に酸素の存在下で発生します。これが光合成と光呼吸の主な違いの1つです。

光の影響

光合成の暗い反応は、光のない状態で夜に起こり、光呼吸は光の存在下で日中に起こります。

植物の種類

光合成は主にC4植物で発生し、光呼吸は主にC3植物で発生します。

RuBisCOアクティビティ

RuBisCOは光合成でRuBPから3-PGAを生成し、RuBisCOは光呼吸でRuBPから3-PGAとホスホグリコール酸を生成します。

炭素固定

光合成は植物の炭素固定の主なプロセスですが、光呼吸はすでに固定されている炭素の一部を浪費します。

エネルギー固定

光合成は植物のエネルギー固定の主なプロセスですが、光呼吸は細胞によって生成されたエネルギーの一部を浪費します。

効率

光合成と光呼吸のもう1つの重要な違いは、ブドウ糖の生成効率です。光合成はブドウ糖を生成する効率的なプロセスですが、光呼吸はブドウ糖を生成する効率の低いプロセスです。

結論

光合成は、太陽光からのエネルギーを利用して二酸化炭素と水からブドウ糖を生成するプロセスです。光合成中、酵素RuBisCoは二酸化炭素と結合し、RuBPに追加します。ただし、光呼吸は、RuBisCO酵素が低濃度の二酸化炭素の酸素に結合する光合成の代替プロセスです。さらに、光呼吸は、すでに固定されている炭素とエネルギーの両方を浪費するため、効率の低いプロセスです。したがって、光合成と光呼吸の重要な違いの1つは、グルコースの生成効率です。