광합성 정의
광합성은 빛의 에너지를 포도당 분자의 결합으로 변환하는 생화학 적 경로입니다. 광합성 과정은 두 단계로 진행됩니다. 첫 번째 단계에서 빛의 에너지는 아데노신 트리 포스페이트 (ATP)와 니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오타이드 포스페이트 (NADPH)의 결합에 저장됩니다. 이 두 가지 에너지 저장 보조 인자는 이산화탄소 (CO2)에서 파생 된 탄소 분자를 결합하여 유기 분자를 생성하는 광합성의 두 번째 단계에서 사용됩니다. 광합성의 두 번째 단계는 캘빈 사이클로 알려져 있습니다. 이러한 유기 분자는 미토콘드리아에서 ATP를 생성하는 데 사용되거나 결합되어 포도당, 자당 및 기타 탄수화물을 형성 할 수 있습니다. 전체 공정에 대한 화학 방정식은 아래에서 볼 수 있습니다.
광합성 방정식
위는 광합성에 대한 전반적인 반응입니다. 식물은 빛의 에너지와 물의 수소 및 전자를 사용하여 이산화탄소에서 발견되는 탄소를 더 복잡한 분자로 결합합니다. 3 탄소 분자는 광합성의 직접적인 결과이지만 포도당은 단순히 두 분자가 결합 된 것이며 포도당이 많은 세포 시스템의 기초 분자이기 때문에 종종 광합성의 직접적인 결과로 표현됩니다. 또한 6 개의 기체 산소 분자가 부산물로 생성되는 것을 볼 수 있습니다. 식물은 산화 적 인산화 동안 미토콘드리아에서이 산소를 사용할 수 있습니다. 산소의 일부는 이러한 목적으로 사용되지만 많은 부분이 대기로 배출되어 우리가 숨을 쉬고 식물에서 추출한 당분자에 대한 산화 적 인산화를 겪게합니다. 또한이 방정식은 양쪽에 물을 표시합니다. 12 개의 물 분자가 빛 반응 중에 분할되고 6 개의 새로운 분자가 캘빈주기 동안과 후에 생성되기 때문입니다. 이것이 전체 과정에 대한 일반적인 방정식이지만이 경로에 기여하는 개별 반응이 많이 있습니다.
광합성 단계
빛의 반응
빛 반응은 식물 세포의 엽록체의 틸라코이드 막에서 발생합니다. 틸라코이드에는 광계로 알려진 단백질과 효소 클러스터가 밀집되어 있습니다. 물에서 전자와 수소를 제거하고 보조 인자 ADP와 NADP +로 전달하기 위해 서로 함께 작동하는 두 가지 시스템이 있습니다. 이 광계는 발견 된 순서대로 명명되었는데, 이는 전자가 광계를 통과하는 방식과 반대입니다. 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 빛 에너지에 의해 여기 된 전자는 먼저 광계 II (PSII)를 통해 흐른 다음 NADPH를 생성 할 때 광계 I (PSI)를 통해 흐릅니다. ATP는 ADP에 인산염 그룹을 추가하기 위해 수소 원자의 축적을 사용하는 단백질 ATP 합성 효소에 의해 생성됩니다.
전체 시스템은 다음과 같이 작동합니다. 광계는 일련의 안료 분자를 둘러싸고 연결하는 다양한 단백질로 구성됩니다. 안료는 다양한 광자를 흡수하여 전자가 여기되도록하는 분자입니다. 엽록소 a는 이러한 시스템에서 사용되는 주요 안료이며 전자를 방출하기 전에 최종 에너지 전달을 수집합니다. Photosystem II는 빛 에너지를 사용하여 물 분자를 분할하여 전자를 흡수하는 동안 수소를 방출함으로써이 전자 과정을 시작합니다. 그런 다음 전자는 틸라코이드 공간으로 더 많은 수소를 방출하는 효소 복합체 인 플라 스토 퀴논을 통과합니다. 그런 다음 전자는 사이토 크롬 복합체와 플라스 토시 아닌을 통과하여 광계 I에 도달합니다.이 세 가지 복합체는 미토콘드리아에서 볼 수있는 것과 매우 유사한 전자 수송 사슬을 형성합니다. 그런 다음 광 시스템 I은 이러한 전자를 사용하여 NADP +를 NADPH로 감소시킵니다. 광 반응 중에 만들어진 추가 ATP는 ATP 합성 효소에서 비롯됩니다. ATP 합성 효소는 수소 분자의 큰 구배를 사용하여 ATP의 형성을 유도합니다.
캘빈 사이클
전자 캐리어 NADPH 그리고 ATP가 모두 전자로 가득 차면 이제 플랜트는 저장 가능한 에너지를 생성 할 준비가되었습니다. 이것은 미토콘드리아에서 볼 수있는 구연산주기와 매우 유사한 캘빈주기 동안 발생합니다. 그러나 구연산 회로는 3- 탄소 분자로부터 ATP 다른 전자 운반체를 생성하는 반면, Calvin 회로는 NADPH 및 ATP를 사용하여 이러한 생성물을 생성합니다. 아래 그래픽에서 볼 수 있듯이주기에는 3 단계가 있습니다.
첫 번째 단계에서 탄소가 5 탄당에 첨가되어 불안정한 6 탄당이 생성됩니다. 2 단계에서이 당은 두 개의 안정적인 3 탄소 당 분자로 환원됩니다.이러한 분자 중 일부는 다른 대사 경로에서 사용될 수 있으며 수출됩니다. 나머지는 캘빈 사이클을 통해 계속 순환합니다. 세 번째 단계에서는 5 탄당이 재생되어 공정을 다시 시작합니다. 캘빈주기는 엽록체의 기질에서 발생합니다. 캘빈주기의 일부로 간주되지는 않지만 이러한 제품은 다양한 당과 구조 분자를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
광합성의 제품
광 반응의 직접적인 제품과 캘빈 회로는 3- 포스 포 글리세 레이트와 G3P로, 두 가지 형태의 3- 탄소 당 분자입니다. 결합 된 두 분자는 하나의 포도당 분자와 같으며 광합성 방정식에서 볼 수 있습니다. 이것이 식물과 동물의 주요 식량 원이지만,이 3 개의 탄소 골격은 다양한 형태로 결합 될 수 있습니다. 주목할만한 구조적 형태는 셀룰로오스이며 본질적으로 포도당으로 만들어진 매우 강한 섬유질 물질입니다. 당과 당 기반 분자 외에도 산소는 광합성의 또 다른 주요 산물입니다. 광합성으로 생성 된 산소는 지구상의 모든 호흡 유기체에 연료를 공급합니다.
퀴즈
1. 캘빈 사이클을 완료하려면 이산화탄소가 필요합니다. 이산화탄소는 기공 또는 잎 표면의 작은 구멍을 통해 식물 내부에 도달합니다. 더운 날에 수분 손실과 완전한 탈수를 방지하기 위해 식물은 기공을 닫습니다. 식물은 광합성을 계속할 수 있나요?
A. 네, 빛이 있으면
B. 아니요, CO2 없이는 프로세스를 계속할 수 없습니다
C. 가벼운 반응 만 계속됩니다.
2. 비 광합성 유기체에게 광합성 산물이 중요한 이유는 무엇입니까?
A. 그것은 지구상의 대부분의 에너지의 기초입니다
B. 식물이 모은 소량의 영양소가 필요합니다
C. 의무 육식 동물에게는 중요하지 않습니다.
3. 식물에 물이 필요한 이유는 무엇입니까?
A. 광합성 용
B. 구조용
C. 영양분 전달
D. 위의 모든