光合成

小中学校レベルの理科では、植物の「光によって澱粉を作り出す営み」として学ぶ。

高校レベルでは、深い理由には触れないが、水(H₂O)と二酸化炭素(CO₂)を用いる反応で、二酸化炭素が固定化され澱粉などの有機物になる反応が光合成であり、副産物として酸素が発生することを学ぶ。

結果として、高校レベルまででは、「光合成とは植物が光によって水を分解し酸素を発生させ、二酸化炭素を有機物に固定する反応」であると説明される。

実は光合成をするのは植物だけではなく、光合成細菌と呼ばれるものもしている。

光合成細菌は、小中学校レベルの定義である「光から有機物を作る」反応であるため「光合成」として名前が付けられているが、一方で、水を分解して酸素を作らないため高校レベルでの高校生はしていない。

植物は水(H₂O)から酸素(O₂)を作るが、光合成細菌はたとえば、硫化水素(H₂S)から硫黄(S)を作る反応などをしている。必要なものは水素(H)、より正確には水素が持つ還元力であって、反応で生じる酸素(O₂)や硫黄(S)は不要物であるため捨てられる。これが、副産物として生じる酸素などの説明となる。

大学レベルでの光合成の説明としては、「光合成とは外来より得た物質から水素の還元力を取り出し、その還元力と光エネルギーを使って二酸化炭素を有機物に固定する反応」であると説明できる。

光合成は様々な種類があり、既知の範囲内では、おおざっぱには次のように分類できる。

• 酸素発生型光合成 (植物やシアノバクテリアなど)
• 酸素非発生型光合成 (光合成細菌など)
• バクテリオロドプシン型 (主として古細菌など)

光合成細菌が行なう光合成である。次のような生物が酸素非発生型光合成を行なう。

• 紅色細菌
• 藍色細菌 (藍藻)
• 緑色硫黄細菌
• 緑色非硫黄細菌
• ヘリオバクテリア
• クロラシドバクテリア

植物、藻類、シアノバクテリアによる酸素発生型光合成とは違い、光合成電子伝達系の電子供与体に水を利用せず酸素が発生しないことから、酸素非発生型光合成と呼ばれている。

ヘリオバクテリアなどは、生育に光エネルギーを用いるが炭素固定をしないため、本来の光合成とは言えないため、光合成細菌の分類から外す考え方もある。

古細菌である高度好塩菌などが持つ膜蛋白に存在する光合成色素バクテリオロドプシンによる光合成である。

バクテリオロドプシンは光駆動プロトンポンプとも呼ばれており、光エネルギーを使って細胞内にある水素イオン(プロトン、陽子)を細胞外に移動させる働きを担う。

上二つの、真正細菌や真核生物の光合成とは由来も機構も全くことなる、独自の光合成である。