Zスキーム電子伝達アニメーションZ-Scheme Electron Transport Animation

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 680 nm の光(P680用)だけを消したとき、NADPHの生成は続くと思いますか。700 nm の光(P700用)だけを消したときはどうでしょうか。If only the 680 nm light (for P680) is turned off, do you think NADPH production continues? What if only the 700 nm light (for P700) is turned off?💡 電子は水からNADP⁺まで1本の道を通ります。道の途中のどこかが止まると、その前後はどうなるでしょうか。Electrons travel along a single route from water to NADP⁺. If one point on the route stops, what happens before and after it?
2. NADP⁺ がほとんど供給されないと、電子伝達系の途中にある電子はどうなると思いますか。If almost no NADP⁺ is supplied, what do you think happens to the electrons in the middle of the chain?💡 最後に電子を受け取る相手がいない場合を、渋滞にたとえて考えてみましょう。Think of a traffic jam: what happens when there is nobody at the end to take the electrons?

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態(「光の強さ」70%、「NADP⁺供給」70%、「P680光(680nm): ON」「P700光(700nm): ON」)で15秒ほど観察し、縦軸 E°′(上ほど電子のエネルギーが高い)の図で、電子が P680→P680*→Pheo→PQ→b6f→PC→P700→P700*→A₀/Fₓ→Fd→NADP⁺ とZ字形に進む様子を確認する。O₂、NADPH、ATP、「内腔H⁺」の値を記録する。In the starting state ("Light" 70%, "NADP⁺ supply" 70%, "P680 light (680nm): ON", "P700 light (700nm): ON"), watch for about 15 seconds. On the diagram with E°′ on the vertical axis (higher = more electron energy), follow electrons along the Z shape P680→P680*→Pheo→PQ→b6f→PC→P700→P700*→A₀/Fₓ→Fd→NADP⁺. Record O₂, NADPH, ATP and "Lumen H⁺".
2. 「P680光(680nm)」ボタンを押して OFF にし、10秒ほど観察する。O₂ と NADPH の数が増えるか、「内腔H⁺」ゲージ、P680 が「P680⁺」のまま水から電子を受け取るかを確かめ、もう一度押して ON に戻す。Press the "P680 light (680nm)" button to turn it OFF and watch for about 10 seconds. Check whether O₂ and NADPH keep increasing, how the "Lumen H⁺" gauge changes, and whether P680 takes electrons from water. Press it again to turn it back ON.
3. 「P700光(700nm)」ボタンを押して OFF にし、10秒ほど観察する。NADPH の数、PC・b6f・PQ に表示される「滞留」、O₂ の数を確かめ、もう一度押して ON に戻す。Press the "P700 light (700nm)" button to turn it OFF and watch for about 10 seconds. Check the NADPH count, the "Stuck" labels at PC, b6f and PQ, and the O₂ count. Press it again to turn it back ON.
4. 「リセット」を押し、「NADP⁺供給」を 5% に下げて15秒ほど観察する。Fd に複数の電子がたまる様子、上流の「滞留」、右上の「PSII蛍光」ゲージと「蛍光」の値の変化を確かめる。Press "Reset", lower "NADP⁺ supply" to 5% and watch for about 15 seconds. Check that several electrons pile up at Fd, the "Stuck" labels upstream, and the change in the "PSII fluor." gauge at the top right and the "Fluorescence" value.
5. 各操作の間、「水由来e⁻」と O₂ の関係(=4×O₂+S)、NADPH の「2e⁻ずつ」、「e⁻保存」の式に ✓ が付き続けることを確かめる。Throughout, check the relation between "e⁻ from water" and O₂ (=4×O₂+S), that NADPH uses "2e⁻ each", and that the "e⁻ balance" equation keeps its ✓.

3確かめようCheck

1. Z字形の図で、エネルギーが最も高い位置にあるのはどこで、P680 と P700 ではどちらが高い位置に描かれていましたか。In the Z-shaped diagram, where is the highest-energy position, and which is drawn higher: P680 or P700?→ 最も高いのは P700*(E°′ 約 −1.3 V)。P680 は約 +1.1 V と最も低い位置にあり、P700 は約 +0.45 V なので P700 の方が高い。電子は P680 で一度持ち上げられ、PQ→b6f→PC と下りたあと、P700 で再び持ち上げられて Fd・NADP⁺ に届く。The highest is P700* (E°′ about −1.3 V). P680 sits lowest at about +1.1 V and P700 at about +0.45 V, so P700 is higher. Electrons are lifted once at P680, go downhill through PQ→b6f→PC, and are lifted again at P700 to reach Fd and NADP⁺.
2. 680 nm の光を OFF にしたとき、何が止まり、何がしばらく続きましたか。When the 680 nm light was turned OFF, what stopped and what continued for a while?→ P680⁺ ができないので水からの電子の受け取り(O₂ 発生、O₂ は 5 のまま)と PQ・b6f の H⁺ 輸送が止まった。PSI は残っていた電子を流し切るまで NADPH を作り(5→10)、その後 P700⁺ のまま止まった。内腔H⁺ は約 17 から約 8.5 に下がり、その間に ATP が少し増えた(7→10)。Without P680⁺ forming, taking electrons from water (O₂ release; O₂ stayed at 5) and H⁺ pumping by PQ and b6f stopped. PSI kept making NADPH until the remaining electrons were used up (5→10), then stopped as P700⁺. Lumen H⁺ fell from about 17 to about 8.5, and ATP rose a little meanwhile (7→10).
3. 700 nm の光を OFF にしたとき、NADPH と O₂ はどうなりましたか。When the 700 nm light was turned OFF, what happened to NADPH and O₂?→ P700 が励起されないので NADPH は増えなくなった。PSII は動き続けるので O₂ はしばらく増えた(5→8)が、電子は PC・b6f・PQ に「滞留」してたまっていき、PSII が閉じて蛍光が上がる。P700 was not excited, so NADPH stopped increasing. PSII kept working for a while, so O₂ still rose (5→8), but electrons piled up ("Stuck") at PC, b6f and PQ, PSII closed and fluorescence rose.
4. NADP⁺供給を 5% にしたとき、電子と蛍光はどうなりましたか。What happened to the electrons and fluorescence when NADP⁺ supply was set to 5%?→ Fd に複数の電子が「滞留」し、上流の PQ・b6f・PC にも電子がたまって詰まった。NADPH はほとんど増えず(15秒で 2 個)、PSII が閉じて「PSII蛍光」ゲージが大きく上がった(この試行では約 90%)。Several electrons got "Stuck" at Fd, and electrons also backed up at PQ, b6f and PC upstream. NADPH barely increased (2 in 15 seconds), PSII closed and the "PSII fluor." gauge rose sharply (about 90% in our run).

4考えようThink further

1. 電子伝達が止まっても、ATP がしばらく作られ続けたのはなぜでしょうか。Why did ATP continue to be made for a while even after electron transport stopped?→ ATP 合成酵素(CF₀–CF₁)を回すのは電子そのものではなく、水の分解と b6f でたまった内腔の H⁺ 濃度勾配だから。勾配が残っている間は H⁺ がストロマへ流れ出て ATP が作られ、「内腔H⁺」が下がると止まる。ATP synthase (CF₀–CF₁) is driven not by the electrons themselves but by the lumen H⁺ gradient built up by water splitting and b6f. While the gradient remains, H⁺ flows out to the stroma and ATP is made; it stops as "Lumen H⁺" falls.
2. O₂ 1分子と NADPH 1分子が作られるとき、それぞれ何個の電子が関わっていますか。O₂ 1分子あたり NADPH は何分子できる計算になりますか。How many electrons are involved in making one O₂ molecule and one NADPH molecule? How many NADPH are made per O₂?→ 2H₂O→O₂+4H⁺+4e⁻ なので O₂ 1分子あたり電子 4 個、NADP⁺+2e⁻+H⁺→NADPH なので NADPH 1分子あたり電子 2 個。したがって O₂ 1分子あたり NADPH 2分子となり、画面の「e⁻保存」の式でも電子の数が釣り合っている。2H₂O→O₂+4H⁺+4e⁻ gives 4 electrons per O₂, and NADP⁺+2e⁻+H⁺→NADPH uses 2 electrons per NADPH. So 2 NADPH are made per O₂, and the on-screen "e⁻ balance" equation shows the electron count balancing.

よくある誤解Common misconceptions

• 「光化学系Ⅰと光化学系Ⅱは別々に働いていて、片方の光だけでもNADPHはできる」という誤解。非環状電子伝達では両者が直列につながっており、どちらの光が欠けても NADPH 生成は止まる。"Photosystems I and II work separately, so NADPH can be made with light for only one of them." In non-cyclic electron flow they are connected in series, so NADPH production stops if either light is missing.
• 「電子が流れるとその場で ATP が作られる」という誤解。電子の流れはまず内腔に H⁺ をため、その H⁺ 勾配が ATP 合成酵素を回して ATP を作る。"ATP is made on the spot wherever electrons flow." Electron flow first builds up H⁺ in the lumen, and that H⁺ gradient drives ATP synthase to make ATP.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)