光合成の反応式

使うのは、反応の前と後で原子の数は変わらないという決まりだけだ。両辺の原子を数えてから、酸素原子がどこへ行くかを追う。

反応式の係数は、分子の数を表す。$6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$は二酸化炭素の分子が6個という意味で、元素記号の右下の小さな数は、1分子の中の原子の数を表す。だから${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$は、炭素6個、水素12個、酸素6個がつながったグルコース（ブドウ糖）1分子である。

二酸化炭素は葉の気孔から、水は根から入り、葉緑体で光のエネルギーを使って糖に変わる。

原子の数は、係数で表した分子の数に、1分子に含まれる原子の数を掛けて求める。

1. 左辺の炭素原子を数える

   $$6\times 1=6$$

2. 右辺の炭素原子を数える

   $$1\times 6=6$$

3. 左辺の水素原子を数える

   $$12\times 2=24$$

4. 右辺の水素原子を数える

   $$1\times 12+6\times 2=24$$

5. 左辺の酸素原子を数える

   $$6\times 2+12\times 1=24$$

6. 右辺の酸素原子を数える

   $$1\times 6+6\times 2+6\times 1=24$$

酸素原子は両辺とも24個で、行き先は2つに分かれる。水から来た12個はすべて酸素の分子になり、二酸化炭素から来た12個は、グルコースと新しい水に6個ずつ入る。つまり、左辺の水12分子と右辺の水6分子は、別の水である。

では、なぜ両辺に水を書くのか。原子の数だけなら、両辺から水を6分子ずつ引いた短い式でもつり合う。

7. 両辺から水を6分子ずつ引く

   $$6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2$$

ただ、短い式では、出てくる酸素6分子（酸素原子12個）が、二酸化炭素の酸素12個から来たようにも読めてしまう。左辺に水を12分子置く形は、酸素の出どころまで書き込んだ式といえる。

目印の酸素18を水に入れておくと、印のついた原子はすべて酸素の分子へ移る。二酸化炭素に入れておくと、印はグルコースと新しい水に移り、出てくる酸素には1つも入らない。

光合成は、葉緑体の中の2つの場所に分かれて進む。チラコイドは葉緑体の中に積み重なった平たい袋の膜で、光が当たるとここで水が分かれ、酸素が出る。そのまわりを満たす液の部分がストロマで、ここにあるカルビン回路という、ひと回りして元に戻る反応の道すじで、二酸化炭素から糖ができる。

NADPHは、チラコイドで水から取り出した水素（電子）を、カルビン回路まで運ぶ物質である。ATPは、生き物がエネルギーを受け渡すのに使う物質で、これもチラコイドでつくられ、カルビン回路で使われる。

8. チラコイドで、光のエネルギーを使って水を分ける

   $$\begin{array}{rl}& 12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+12\mathrm{NAD}{\mathrm{P}}^{+}\\ & ⟶6{\mathrm{O}}_2+12\mathrm{NADPH}+12{\mathrm{H}}^{+}\end{array}$$

9. カルビン回路で、二酸化炭素から糖をつくる

   $$\begin{array}{rl}& 6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12\mathrm{NADPH}+12{\mathrm{H}}^{+}\\ & ⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+12\mathrm{NAD}{\mathrm{P}}^{+}\end{array}$$

10. 2本の式を足し、両辺に同じだけある$\mathrm{NAD}{\mathrm{P}}^{+}$と$\mathrm{NADPH}$と${\mathrm{H}}^{+}$を消す

    $$\begin{array}{rl}& 6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ & ⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\end{array}$$

右辺の水6分子は、カルビン回路で二酸化炭素の酸素からできる。カルビン回路はATPのエネルギーも使うが、使われてできたADPはチラコイドで再びATPに戻るので、全体の式には現れない。