光合成勾配（こうごうせいこうばい）

最終更新：2026/4/22

光合成勾配は、光合成を行う生物において、光化学系の電子伝達系によって生じるプロトン濃度勾配のことである。

別名・同義語プロトン勾配膜電位

ポイント

この勾配は、ATP合成酵素を駆動し、ATPを生成するためのエネルギー源となる。光合成におけるエネルギー変換の重要な要素である。

光合成勾配の概要

光合成勾配は、葉緑体チラコイド膜を挟んでプロトン（H⁺）の濃度が異なる状態を指します。光化学系II（PSII）と光化学系I（PSI）における水の分解と電子伝達の過程で、チラコイド内腔にプロトンが輸送され、ストロマ（チラコイド膜の外側）との間にプロトン濃度勾配が形成されます。この勾配が光合成勾配であり、そのエネルギーがATP合成に利用されます。

光合成勾配の形成過程

水の分解: PSIIは、光エネルギーを利用して水を分解し、電子、プロトン、酸素を生成します。生成されたプロトンはチラコイド内腔に放出されます。
電子伝達: PSIIからPSIへと電子が伝達される過程で、シトクロムb₆f複合体を介してプロトンがチラコイド内腔に輸送されます。
PSIによる電子の再励起: PSIは、光エネルギーを利用して電子を再励起し、最終的にNADP⁺を還元してNADPHを生成します。この過程でもプロトンが消費されますが、全体としてはプロトンがチラコイド内腔に蓄積されます。

ATP合成

形成された光合成勾配は、ATP合成酵素（ATPシンターゼ）を駆動します。ATP合成酵素は、プロトンの流れを利用してADPとリン酸を結合させ、ATPを合成します。このATPは、カルビン回路で二酸化炭素を固定し、糖を生成するために利用されます。このATP合成の仕組みは、化学浸透と呼ばれます。

光合成勾配の重要性

光合成勾配は、光エネルギーを化学エネルギー（ATP）に変換する上で不可欠な役割を果たします。光合成勾配がなければ、植物は成長し、地球上の生命を維持することができません。また、光合成勾配の形成と維持は、光合成効率に大きく影響するため、環境要因や植物の生理状態によって変動します。