光合成の秘密を科学的に解明するには長いプロセスが必要でした。18 世紀には英国の学者ジョセフ プリーストリーが、緑色の植物が酸素を生成することを簡単な実験で発見しました。彼は密閉された水の容器にミントの小枝を入れ、それをガラスのフラスコに接続し、その下にキャンドルを置きました。数日後、彼はろうそくの火が消えていないことに気づきました。したがって、植物はろうそくの燃焼によって使用された空気を更新することができたに違いありません。
光合成: 最も重要なことの概要
光合成は、緑色植物と緑色藻類が太陽エネルギーを化学エネルギーに変換する生化学プロセスです。このプロセスは、植物細胞の葉緑体に含まれるクロロフィルによる光エネルギーの吸収によって起こります。光合成中に、副産物として糖と酸素が生成されます。生成された酸素は植物によって放出され、動物や人間にとって不可欠です。
科学者はどのようにして光合成を発見したのか
しかし、この効果は植物の成長によってもたらされるのではなく、太陽光の影響によるものであり、二酸化炭素（CO2）と水（H2O）が植物の成長に重要な役割を果たしていることに科学者たちが気づくまでにはさらに数年かかりました。これ。ドイツの医師、ジュリアス ロバート マイヤーは、植物が光合成中に太陽エネルギーを化学エネルギーに変換することを 1842 年についに発見しました。緑の植物と緑藻は、光またはそのエネルギーを使用して、化学反応を通じて二酸化炭素と水からいわゆる単糖（通常はフルクトースまたはグルコース）と酸素を生成します。化学式で要約すると、これは次のようになります。 6 H 2 O + 6 CO 2 = 6 O 2 + C 6 H 12 O 6。6つの酸素分子と 1 つの糖分子が、6 つの水と 6 つの二酸化炭素分子から生成されます。
光合成のために、植物は根から水を吸収し、葉から二酸化炭素を吸収します。彼らは太陽光を利用して糖物質を生成し、老廃物として純粋な酸素を放出します。
老廃物としての酸素
植物は太陽エネルギーを糖分子に蓄えます。光合成中に生成される酸素は、基本的には葉の気孔を通して環境中に放出される単なる老廃物です。しかし、この酸素は動物や人間にとって不可欠なものです。植物や緑藻が生成する酸素がなければ、私たちの地球上の生命は存在できません。私たちの大気中の酸素はすべて、かつても今も緑の植物によって生成されています。それは、葉や植物の他の部分に含まれ、光合成で中心的な役割を果たす緑色の色素であるクロロフィルを持っているのは彼らだけだからです。ちなみに、クロロフィルは赤い葉にも含まれていますが、緑色の色素は他の色素に隠れてしまいます。秋には、落葉植物のクロロフィルが分解され、カロテノイドやアントシアニンなどの他の葉の色素が現れ、 秋の色になります。
クロロフィルは太陽エネルギーを利用可能にします
クロロフィルは、光エネルギーを捕捉または吸収できるため、いわゆる光受容体分子です。クロロフィルは、植物細胞の構成要素である葉緑体に含まれています。非常に複雑な構造をしており、中心原子としてマグネシウムを持っています。クロロフィル A と B は区別され、化学構造は異なりますが、太陽光の吸収において相互に補完します。
顕微鏡下では、植物細胞内の葉緑体、いわゆる葉緑体が見えるようになります。それらの中で光合成が行われます
複雑な化学反応の全連鎖を通じて、捕らえた光エネルギー、植物が葉の裏側の気孔を通して吸収する空気中の二酸化炭素、および水の助けを借りて糖が生成されます。簡単に言うと、まず水分子が分割され、水素 (H+) がキャリア物質に吸収されて、いわゆるカルビン回路に運ばれます。ここで反応の 2 番目の部分、つまり二酸化炭素の還元による糖分子の形成が起こります。放射性標識された酸素を使った実験では、放出された酸素が水に由来することが示されました。
緑色の色素複合体、いわゆるグラナは葉緑体にあります。その中で、水分子は太陽光の助けを借りて分裂します。水素プロトン (H+) は、キャリア物質 NADP およびエネルギー供給源としての分子 ATP (アデノシン三リン酸) とともにカルビン回路に輸送されます。このサイクルはいくつかの生化学反応で構成され、吸収された二酸化炭素を糖に変換します。リン酸分子と一緒に戻されたADP（アデノシン二リン酸）は、緑の葉で「再生」されます、つまりATPに変換されます
水溶性単糖は、経路を介して植物から植物の他の部分に輸送され、他の植物構成要素、たとえば私たち人間には消化できないセルロースを形成するための出発物質として機能します。同時に、砂糖は代謝プロセスのエネルギー供給源でもあります。生産が過剰になると、多くの植物は個々の糖分子を長鎖に連結することによって、とりわけデンプンを生成します。多くの植物は、エネルギー貯蔵として塊茎や種子の中にデンプンを蓄えます。最初はエネルギーを供給する必要がないため、若い苗木の新たな成長や発芽と発育が大幅に加速されます。貯蔵物質は、たとえば片栗粉や小麦粉の形で、私たち人間にとって重要な食料源でもあります。植物は光合成により、酸素と食物という地球上の動物と人間の生活のための条件を作り出します。
