高校生物の光合成の仕組みと覚え方のコツ!過程や化学反応式をわかりやすく解説


高校生物の光合成

高校生物で頻出の「光合成」の解説と、効率的な暗記方法をお伝えします!
筆者

記事と筆者の信頼性

・難関大学に生物受験で合格した人が記事を執筆

・早稲田大学卒の予備校講師が、さらに分かりやすく編集

・編集者は予備校講師として、2,000人以上の受験生を指導

生物という科目の全ての単元に言えることですが、まずは全体像を抑えることが大切です。

そして「現象の生物学的な意味」について、深く理解することを意識してください。

このことを頭に入れたうえで、光合成について学んでいきましょう!

 

光合成とは?

一般的な教科書には、このように書いてあります。

光合成とは「太陽の光エネルギーをATPの化学エネルギーに変換し,、そのエネルギーを利用して有機物を合成するはたらきのこと」である。

ここから学ぶべき大事なポイントは、光合成は大きく2つの過程から成り立っているということ。

2つのポイント

①太陽の光エネルギーをATPの化学エネルギーに変換

②ATPの化学エネルギーを利用して有機物を合成

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化学反応式を学ぼう

化学反応式を押さえましょう。

生物受験生の中には、化学を勉強していない人や、化学が嫌いな人もいると思います。

化学を受験で使わない人も、化学基礎の内容はしっかりと押さえておきましょう。

化学基礎をを理解しておかないと、生物という科目が本当にただの暗記科目になってしまいますからね。

 

光合成の化学反応式

光合成の反応は以下の通り

6 CO2 +12 H2O → C6H12O6 +6 O2 +6 H2O

この反応式を見て、あれ?と思った方もいると思います。

なぜ左辺と右辺の両方に、H2Oが登場するのでしょうか。

6 CO2 +6 H2O → C6H12O6 +6 O2のように書かないのでしょうか。

 

実は光合成でグルコース(C6H12O6)1分子を生成するに当たって「6分子の二酸化炭素(CO2)と6分子の水(H2O)を消費」し、「グルコース(C6H12O6)1分子と6分子の酸素(O2)と12分子の水(H2O)が生成」します。

光合成全体の過程を理解するためには、6 CO2 +12 H2O → C6H12O6 +6 O2 +6 H2Oという形で理解しなければいけません。

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反応が起こる場所

葉緑体

細胞の中にある葉緑体という場所で起こります。

葉緑体の構造も抑えておきましょう。

内部に平べったい袋状の物質であるチラコイドがあり、その膜に埋め込まれた光合成色素光エネルギーを吸収することで、光合成の反応が始まります。

また葉緑体の内部の空間をストロマといい、ここには反応に関わる酵素が含まれています。

 

①太陽の光エネルギーをATPの化学エネルギーに変換

次に具体的な反応についてまとめていきます。

「太陽の光エネルギーをATPの化学エネルギーに変換」する過程では、2つの物質(NADPHとATP)を作ることが目的で、チラコイドという場所で反応が起こります。

 

ステップ①

クロロフィルが光のエネルギーを受け取り、水(H2O)が分解されて、酸素(O2)が発生する。

このときに、水(H2O)から電子が取り出される。

この過程で、グルコース(C6H12O6)1分子を生成するに当たり、12分子の水(H2O)が消費されています。

 

ステップ②

光化学系IIで取り出された電子が、光化学系Ⅰに電子が移動する過程で、水素イオンがチラコイド膜の内部に溜まり、水素イオンの濃度勾配ができる。

 

ステップ③

チラコイド膜の内部に溜まった水素が、チラコイド膜にあるATP合成酵素を通じて、ストロマに戻る過程で、ATPが合成される。

 

ステップ④

光化学系Ⅰに移動した電子は、NADP+に渡されて、NADPHが生成する。

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ATPの化学エネルギーを利用して有機物を合成

この過程では、ストロマという場所で、チラコイド膜で作られた2つの物質(NADPHとATP)を利用して、グルコースを合成されます。

 

ステップ①

①気孔から取り込まれた二酸化炭素(CO2)がリブロース二リン酸と結合して分解し,ホスホグリセリン酸になる。

 

ステップ②

生じたホスホグリセリン酸はATPのエネルギーとNADPHの還元作用によって, グリセルアルデヒドリン酸が生じる。

 

ステップ③

グリセルアルデヒドリン酸の一部がグルコース(C6H12O6)などの有機物として合成される。

 

ステップ④

分解されたグリセルアルデヒドリン酸の残りは、ATPのエネルギーによって再びリブロース二リン酸になる。

この過程で水(H2O)が生じる。

グルコース(C6H12O6)1分子当たり、6分子の水(H2O)が生成される。

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光合成の概要と覚え方コツまとめ

生物の勉強で最も大事なのは、何となく理解できただけではなく、ここまでの内容を自分の言葉で説明できるようにすること。

自分の言葉で説明ができるようになることで、少し切り口を変えた問題でも、自力でどうにか解答がひねり出せるようになります。

また生物を学習する上でとても大切なのは、一度覚えた知識のメンテナンスを忘れないこと。

定期的にアウトプットを行い、長期記憶に定着するまで何度も復習しておきましょう。





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