大きな違い – 光反応と暗黒反応
ダーク・リアクションとは
光と闇の反応の違い

大きな違い – 光反応と暗黒反応

植物の光合成は、光反応と暗反応の2種類の連続したプロセスで行われます。

光反応は葉緑体のチラコイド膜で起こり、暗反応は葉緑体のストロマで起こります。

光合成の光反応では、太陽光の光エネルギーがクロロフィルによって捕捉されます。

暗反応は、様々な酵素によって触媒される。

明反応と暗反応の主な違いは、明反応が光合成の第1段階であり、光エネルギーを捕捉してATPとNADPHを生成するのに対し、暗反応は光合成の第2段階であり、明反応で生成したATPとNADPHというエネルギーを用いてグルコースを生成することである。

今回はその考察です。

1. What is Light Reaction
– Definition, Characteristics, Function
2. What is Dark Reaction
– Definition, Characteristics, Function
3. What is the difference between Light and Dark Reaction

光の反応とは

光反応は光合成の第一段階であり、クロロフィルという色素によって太陽光のエネルギーを取り込み、ATPとNADPHを生成する。

光反応は葉緑体のチラコイド膜で行われる。

光反応は太陽光に依存するため、太陽光があるときのみ起こる。

光反応に関与するクロロフィルの主な種類は、クロロフィルAとBです。

クロロフィルAは光エネルギーを捕捉する主色素、クロロフィルBは光を捕捉してクロロフィルAに渡す従色素で、クロロフィルAが捕捉したエネルギーは高エネルギー電子の形で光化学系II（PSII）と光化学系I（PSI）に渡される。

出てきたPS IIは水分子を酸素分子に分解して電子を受け取り、高エネルギー電子を発生させ、一連の電子キャリアーを介してPS Iに伝達される。

PS IIでの水の分解は光分解と呼ばれる。

PS Iも太陽光のエネルギーによって高エネルギーの電子を発生させる。

これらの電子は、NADP+還元酵素によってNADPHが生成される際に利用される。

ATP合成酵素は、光分解によって発生したH+イオンを利用して、ATPを生成する。

図1に光反応の様子を示す。

図1: 光反応

ダーク・リアクションとは

暗反応は光合成の第二段階で、明反応で生成されたATPとNADPHのエネルギーからグルコースを生成する反応です。

葉緑体のストロマで起こる。

暗反応は、2つの反応機構で起こる。

C3サイクルとC4サイクルです。

C3サイクルはカルビンサイクル、C4サイクルはハッチ・スタックサイクルと呼ばれる。

カルビンサイクルは3つのステップで行われる。

最初のステップでは、二酸化炭素がリブロース1,5-ビスリン酸に固定され、不安定な6炭素化合物となり、これが加水分解されて3炭素化合物の3-ホスホグリセレートとなる。

この過程に関与する酵素がルビスコです。

ルビスコの異化作用が不完全なため、光呼吸は低濃度の二酸化炭素の存在下で行われる。

第2段階では、3-リン酸の一部が還元され、ヘキソースリン酸が生成される。

残りの3-リン酸は、リブロース1,5-リン酸のリサイクルに使われる。

C4サイクルでは、二酸化炭素の二重固定が行われ、光合成の効率が向上する。

カルビンサイクルに入る前に、二酸化炭素はホスホエノールピルビン酸に固定され、炭素数4の化合物であるオキサロ酢酸が形成される。

オキサロ酢酸はリンゴ酸に変換され、束鞘細胞に移動し、二酸化炭素を除去してカルビンサイクルに入る。

カルビンサイクルを図2に示す。

Main Difference - Light vs Dark Reaction ：図2 カルビンサイクル

このATPとNADPHは暗黒反応でグルコースの生産に使われる。

暗反応は、葉緑体の間質で酵素の関与のもとに行われる。

この反応は、C3サイクルとC4サイクルの2つの方法で行われる。

C4サイクルはC3サイクルより効率的です。

明反応と暗反応の主な違いは、光合成への寄与度です。

U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. Web. 17 Apr. 2017.
2. Berg, Jeremy M. “The Calvin Cycle Synthesizes Hexoses from Carbon Dioxide and Water.”（カルビンサイクル、二酸化炭素と水から六糖を合成する）。

バイオケミストリー. 5th edition. 米国国立医学図書館、1970年1月1日。