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光依存性反応(光リン酸化)

1954
  • Daniel I. Arnon
Chloroplasts in a laboratory setting highlighting light-dependent reactions in plant physiology.

(画像はイメージです)

The first stage of 光合成, the light-dependent reactions, occurs in the thylakoid membranes of chloroplasts. Light energy is captured by chlorophyll to split water (photolysis), releasing oxygen, protons ([latex]H^+[/latex]), and electrons ([latex]e^-[/latex]). This energy is used to create two energy-carrying molecules: adenosine triphosphate (ATP) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), which power the subsequent カルビン回路.

光依存性反応は、光子が光化学系II(PSII)の色素分子に衝突したときに開始されます。これにより電子が励起され、電子伝達系に沿って伝達されます。これらの電子を補充するために、PSIIは酸素発生複合体で水分子を分解します。このプロセスは光分解と呼ばれ、副産物としてO2が放出されます。電子が伝達系を下って光化学系I(PSI)に移動すると、そのエネルギーは ポンプ ストロマからチラコイド内腔へプロトンが移動し、プロトン駆動力が発生する。

PSIでは、電子は別の光子によって再びエネルギーを与えられ、NADP+をNADPHに還元するために使用されます。チラコイド膜を挟んで形成されたプロトン勾配は、ATPシンターゼと呼ばれる酵素を駆動し、プロトンがストロマに戻るにつれて、ADPと無機リン酸からATPを合成します。このプロセスは光リン酸化として知られています。場合によっては、PSIのみが関与する循環経路が発生し、ATPは生成されますがNADPHは生成されず、細胞のエネルギー需要のバランスを保つのに役立ちます。

UNESCO Nomenclature: 2417
植物生理学

タイプ

生化学的プロセス

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ヒューゴ・フォン・モールによる葉緑体の発見
  • クロロフィルの単離 by Pierre Joseph Pelletier と Joseph Bienaimé Caventou
  • ロバート・ヒルによる、単離された葉緑体が光と人工電子受容体の存在下で酸素を生成するという実証(ヒル反応)
  • 細胞の主要なエネルギー通貨としてのATPの発見

アプリケーション

  • research into artificial 光合成
  • 電子伝達系を標的とする除草剤の開発
  • 太陽エネルギー変換の理解
  • 藻類からのバイオ水素生産

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • bio-solar cells mimicking the thylakoid membrane structure
  • light-activated drug delivery systems using photosensitive molecules
  • herbicides that specifically block photosystem II electron flow
  • algal bioreactors optimized for NADPH overproduction for biofuel synthesis
  • nanoparticle-based artificial leaves for water splitting and fuel generation
  • sensors for detecting water stress in crops by measuring chlorophyll fluorescence
  • development of sunscreens that mimic the photoprotective mechanisms of plants
  • light-driven 触媒 for industrial chemical synthesis
  • genetic modification of crops to improve tolerance to high-light stress
  • water purification systems using light-activated catalysts inspired by photolysis
関連キーワード:光依存性反応、光リン酸化、チラコイド、クロロフィル、光化学系II、光化学系I、電子伝達系、ATP、NADPH、光分解。

歴史的背景

光依存性反応(光リン酸化)

1940
1950
1950
1954
1960
1967
1970
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970
1973

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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