自然植物図鑑

光合成ってどんな仕組みなのか？って言われると

反応の係数とか無視してシンプルにすると

となります。

日本語で説明すると、水と二酸化炭素を使って炭水化物の一種、ブドウ糖を作る、
これが光合成です。

「難しいよ！」と化学式を見て挫折しそうになった方もいるかもしれませんね。
ただ、大学受験で生物を選択している人以外は覚えなくていいですよ。
ただ、C(炭素）とH（水素）、O（酸素）でブドウ糖ができていることを
知っておいていただけると、あとの解説が理解しやすくなります。

光合成は葉緑体の中で行われています。
葉緑体はこんな感じの構造をしています。

ストロマとかチラコイドというのが中に入っています。

葉緑体はブドウ糖製造工場みたいなイメージを持っていただけると
理解しやすいと思います。

このブドウ糖工場（葉緑体）は最先端の技術を持っている工場です。
動力を例えると太陽光発電のようなものをを利用しているからです。

ところで光合成は4つの反応過程から成り立っています。
まずは第1段階から説明します。

光合成の仕組み｜第1段階

まず工場の電源を入れるところから光合成は始まります。
電気をつけないと製造できませんからね。

先ほど例えた太陽光発電は植物の世界ではクロロフィルが担当しています。
クロロフィルが光を吸収して化学エネルギーに変えます。

わかりやすくいうと、太陽光発電で光を集めている部分がクロロフィルに該当します。
クロロフィルが光を集めて工場の電気をつけたみたいなイメージです。

ところでクロロフィルが光を集めるわけですが、
どんな光でもOKというわけではありません。
クロロフィルはえり好みをします。

太陽の光とか蛍光灯の光に共通しているのは何か？というと
本当はこれらの光は虹色ってことです。
太陽の光や蛍光灯は虹色の光がキュッと集まっているから白っぽく見えるだけです。

もし分散したままの光なら虹色に見えます。

に分かれます。

このとき、クロロフィルが吸収する光というのは上記全ての色ではありません。
赤色と青紫系の色を（可視光線のこと）クロロフィルは吸収します。

逆にいうと、橙色、黄色、緑色の光は吸収しません。

光合成の仕組み｜第2段階と第3段階

第1段階が終わったら、次に第2段階に入ります。
第2段階は$H_2O $（水）を分解する段階です。
ようやくここから本格的に工場の中に入っていく感じです。

さっきお見せしましたが、

光合成の原材料は水と二酸化炭素だけです。
結果、ブドウ糖ができます。

ところで$CO_2 $（二酸化炭素）の部分をご覧ください。
C（炭素）とO（酸素）は$C_6H_{12}O_6 $(ブドウ糖）のところにもありますね。
するとブドウ糖で後たりないのはH（水素）ですね。

水素（H)は$H_2O $（水）からもらうことになります。
だから$H_2O $（水）を分解して$C_6H_{12}O_6 $(ブドウ糖）のHの部分に組み込んでいくわけですね。

つまり第2段階は水素Hを$C_6H_{12}O_6 $(ブドウ糖）のH部分に組み込みたいがために
分解しているステージになります。

このとき、$H_2O $（水）のO（酸素）は不要です。
だから$O_2 $（酸素）として放出されます。

おそらくこの記事をご覧にあなたは光合成というのは
$CO_2 $（二酸化炭素）を吸って$O_2 $（酸素）を吐き出すことだということを知っていると思います。

$O_2 $（酸素）を吐き出すというのは
$H_2O $（水）を分解してＨ(水素）だけをもらって、
いらない$O_2 $（酸素）を捨てるという話です。

ここで質問です。

注意：反応の係数とか無視してシンプルにしてます

光合成によってできる、$C_6H_{12}O_6 $(ブドウ糖）のO（酸素）部分は
$CO_2 $（二酸化炭素）のOだと言いましたが、
$H_2O $（水）のOは関係していないのでしょうか？

$H_2O $（水）の酸素でも$CO_2 $（二酸化炭素）の酸素でも
どっちの酸素を使っても構わないんじゃないの？
と思ってしまう方もいるかもしれませんね。

でも、これは実験によって証明されていて
$C_6H_{12}O_6 $(ブドウ糖）のOは$CO_2 $（二酸化炭素）のOなんです。
これは雑学としても受験用としても知っておいて損はないでしょう。

アメリカの化学者ルーベンさんがやった実験によると、
ブドウ糖の酸素は二酸化炭素の酸素に由来するものだいうことです。

すると、こんな疑問がわいてきませんか？
そうなってくると、$H_2O $（水）の、$O $って不要じゃない？
と思ってきませんか？
欲しいのは水素Hですからね。

たとえば、$H_2S $(硫化水素）でもいいのではいでしょうか？
実際、$H_2S $(硫化水素）を使って光合成している微生物も存在します。

地球が誕生して生物が誕生し始めたころは$H_2S $(硫化水素）を使っていたと考えられています。
大昔、$H_2S $(硫化水素）で光合成して、S（硫黄）を放出していたと言われています。

上記画像は硫黄山ですが、黄色い部分は硫黄です。

他にも、温泉の岩場に黄色い物体が付着しているのを見たことがありませんか？
これも硫黄です。

なぜ硫黄があるか？というと、
光合成をやって、水素Hを取り込んだからいらなくなったS（硫黄）を
吐き出しているためです。

大昔の微生物も$H_2S $(硫化水素）を使って光合成をしていたのですが、
原核細胞を持っているラン藻類が初めて$H_2O $（水）を使って光合成をしたと考えられています。
あくまで説です。

これにより、地球上に始めて酸素が発生したと考えられています。
それまでは地球に酸素がなかったと考えられています。

それで第3段階で光エネルギーをATP（アデノシン三リン酸）に変換します。

光合成の仕組み｜第4段階

第4段階では水と二酸化炭素を繋ぎ合わせてブドウ糖にするステージです。
カルビン・ベンソン回路で行われます。
カルビン・ベンソン回路で第2段階でできた水素と気孔から取り込んだ二酸化炭素を合成して
ブドウ糖を作ります。

これが光合成の仕組みです。

要するに光合成の仕組みはクロロフィルが動力を確保して
原材料を分解して、そしてつなぎ合わせてブドウ糖を作っているだけの話です。

ストロマとチラコイドの役割

先ほど葉緑体の話をしましたが、

が存在します。

チラコイドとストロマはそれぞれ違う役割を持っています。
チラコイドでは先ほど解説した第1段階から第3段階までを担当しています。
最後の第4段階であるカルビン・ベンソン回路だけがストロマで行われています。

つまり、クロロフィルはチラコイドのもので
カルビン・ベンソン・回路はストロマのものだということです。

以上で光合成の仕組みについての解説を終わります。