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光合成と呼吸（2009.07.07）

●光合成とは太陽の光（エネルギー）を使って、水と二酸化炭素から、でんぷんなどの栄養分と酸素を作るはたらきをいう。
●呼吸は炭水化物などを酸素と反応させ、生きるためのエネルギーと水と二酸化炭素を作るはたらきをいう。
●光合成と呼吸はちょうど逆の反応といえる。

図１　光合成と呼吸のしくみ

図２　光合成と呼吸と生き物の関係

解説：
　光合成とは植物の中の葉緑体が太陽の光（エネルギー）を使って、水と二酸化炭素から、でんぷん（炭水化物：炭素Ｃ、水素Ｈ、酸素Ｏの化合物）などの栄養分と酸素を作るはたらきをいいます。化学式で表すと下記の様になります。

　炭水化物（Ｃ、Ｈ、Ｏの化合物）＋酸素（Ｏ₂）　←　水（Ｈ₂Ｏ）＋二酸化炭素（ＣＯ₂）＋光（エネルギー）

　呼吸は上記のでんぷんなどから作られる炭水化物などを空気中や水中から取り入れた酸素と反応させ、生きるためのエネルギーと水と二酸化炭素を作るはたらきのことです。呼吸に必要な炭水化物と酸素は光合成で作られたものです。化学式で表すと下記の様になります。

　炭水化物（Ｃ、Ｈ、Ｏの化合物）＋酸素（Ｏ₂）　→　水（Ｈ₂Ｏ）＋二酸化炭素（ＣＯ₂）＋エネルギー

　したがって、光合成と呼吸はちょうど逆の反応といえます。

　次に、生物の基本的物質であるタンパク質は上記の光合成で得られた炭水化物と窒素化合物を化合させて作られる有機物です。菌類・細菌類などはこの逆に、生き物の排泄物や死骸などのタンパク質を炭水化物と窒素化合物に分解します。
　そして、この分解された窒素化合物が植物に吸収され、新たなタンパク質を生み出す材料となります。化学式で表すと下記の様になります。

　炭水化物（Ｃ、Ｈ、Ｏの化合物）と窒素（Ｎ）化合物　→　タンパク質（Ｎを含む有機高分子）
　炭水化物（Ｃ、Ｈ、Ｏの化合物）と窒素（Ｎ）化合物　←　タンパク質（Ｎを含む有機高分子）

　そして、新たな窒素化合物は根粒菌などが空気中の窒素（Ｎ₂）から作ります。根粒菌と共生している豆類の豆がタンパク質が豊富で「畑の肉」といわれているのはこのためです。

　この様に、生物の自然界では互いに食べたり食べられたりで「炭素Ｃ」を中心とした循環と「窒素Ｎ」を中心とした循環という大きな２つの循環が行われています。

江音留義（えね　るぎ）博士の脱線話：
　どうじゃ、上の説明で光合成と呼吸のことがわかったかのう。つまるところ、人間も含めて地球上の生き物というのは水（Ｈ₂Ｏ）と空気（ＣＯ₂、Ｏ₂、Ｎ₂）と太陽のエネルギーで生きているということじゃのう。水と空気と太陽の恵みには感謝せんといかんのう。

　何々、どうしてこのエネルギー講座でエネルギーと関係のなさそうな光合成と呼吸の事を説明したのかじゃと？
　フォッ、フォッ、フォッ、実はエネルギーと光合成と呼吸は大いに関係があるのじゃよ。

・まず、化石エネルギーである石油や石炭などは昔の植物などが変化して出来たもの（つまり化石）じゃから、化石エネルギーとは光合成のたまものという訳じゃな。

・次に、バイオマスエネルギーは直接的に光合成で出来る有機物を利用しようというものじゃ。

・そして、［「燃える」ということ］のページでも述べた様に、火力発電所で化石燃料を燃やしてエネルギーを得るということは上記の様な呼吸の原理と同じ原理を使っているということじゃな。

・最後に、この化石燃料を燃やしてエネルギーを得るということは、上記の呼吸の様に二酸化炭素（ＣＯ₂）が空気中に大量に出るということで、これが地球温暖化の原因となっているといわれているのじゃ。地球温暖化を防ぐために植林（木を植える）などが試みられているのは何故か、もう分かったじゃろう。

　どうじゃ、関係大ありじゃろう。学校で習う「光合成と呼吸」がエネルギーや環境問題を考える際の基礎となっておるという訳じゃ。ゆめゆめ学業をおろそかにしてはならんのう、しっかり励んでくれよ、フォッ、フォッ、フォッ。　　　　　　

関連ページ：
●化石燃料とは
●バイオマス資源
●地球温暖化
●温室効果ガス
●「燃える」ということ
●大地と生物
●化学変化とエネルギー
●酸化と還元