광합성 - 개념, 단계, 특징 및 방정식

광합성이 무엇인지, 그 특성, 반응식, 단계를 설명합니다. 또한 이것이 지구 생태계에 중요한 이유도 설명합니다.

광합성은 식물과 기타 독립 영양 생물의 주요 영양 메커니즘입니다.

광합성이란 무엇입니까?

광합성은 식물 , 조류 및 광합성 박테리아가 햇빛 의 에너지 를 이용하여 무기물 (이산화탄소 및 물) 을 유기물 (당) 로 전환시키는 생화학적 과정입니다 . 이는 광합성 과정에 필수적인 색소인 엽록소를 가지고 있는 모든 독립영양 유기체 의 주요 영양 메커니즘입니다.

광합성은 다양한 유용한 분자 (탄수화물)에 태양 의 빛 에너지를 저장하는 유기 영양소의 제조를 포함하기 때문에 지구상에서 가장 중요한 생화학적 메커니즘 중 하나를 구성합니다 . 실제로 이 과정의 이름은 그리스어인 foto (빛)와 합성 (composition)에서 유래되었습니다.

광합성 후, 합성된 유기 분자는 세포 호흡 및 생명체 의 신진 대사 의 일부인 기타 반응과 같은 중요한 과정을 유지하기 위한 화학 에너지 원으로 사용될 수 있습니다 .

광합성을 수행하려면 식물과 조류에 특징적인 녹색을 부여하는 햇빛에 민감한 색소인 엽록소의 존재가 필요합니다 . 이 색소는 식물 세포 , 특히 잎 세포(잎) 의 전형적인 다양한 크기의 세포 소기관인 엽록체에서 발견됩니다 . 엽록체에는 광합성 과정의 일부인 복잡한 반응의 발달을 허용하는 일련 의 단백질 과 효소가 포함되어 있습니다.

광합성 과정은 유기물의 생성과 순환, 무기물의 고정을 가능하게 하기 때문에 생태계 와 우리가 알고 있는 생명체 의 기본입니다 . 또한 산소 광합성 중에 대부분의 생명체가 호흡 에 필요한 산소가 생성됩니다 .

참조: 생산 조직

광합성의 종류

광합성은 유기체가 반응을 수행하기 위해 사용하는 물질에 따라 두 가지 유형으로 구분될 수 있습니다.

• 산소 광합성 . 소비되는 이산화탄소 (CO 2 )를 줄이기 위해 물 (H 2 O) 을 사용하는 것이 특징입니다 . 이러한 유형의 광합성에서는 신체에 유용한 당이 생성될 뿐만 아니라 반응의 산물로 산소(O 2 )도 생성됩니다. 식물, 조류 및 남세균은 산소 광합성을 수행합니다.

• 무산소 광합성 . 유기체는 이산화탄소(CO 2 )를 줄이기 위해 물을 사용하지 않고 오히려 햇빛을 이용하여 황화수소(H 2 S) 또는 수소 가스(H 2 ) 분자를 분해합니다 . 이러한 유형의 광합성은 산소(O 2 ) 를 생성하지 않고 대신 반응 생성물로 황을 방출합니다. 무산소 광합성은 식물의 엽록소와 다른 박테리오엽록소라는 이름으로 분류된 광합성 색소를 포함하는 소위 녹색 및 보라색 유황 박테리아에 의해 수행됩니다.

광합성의 특징

식물과 조류에서 광합성은 엽록체라고 불리는 세포 소기관에서 일어납니다.

광합성의 특징은 대체로 다음과 같습니다.

• 햇빛을 이용하여 유기화합물을 얻는 생화학적 과정, 즉 물(H 2 O), 이산화탄소(CO 2 ) 등 무기원소로부터 영양분을 합성하는 과정이다.

• 이는 광합성 색소(가장 중요한 것은 엽록소)를 가지고 있는 한 다양한 독립영양 유기체 에 의해 수행될 수 있습니다 . 이는 식물(육상 및 수생 모두), 조류, 식물성 플랑크톤 , 광합성 박테리아 의 영양 과정입니다 . 몇몇 동물은 광합성을 할 수 있는데, 그중에는 바다 민달팽이 Elysia 클로로티카 와 점박이 도롱뇽 Ambystoma maculatum (후자는 조류와의 공생 덕분에 그렇게 합니다)이 있습니다.

• 식물과 조류에서 광합성은 엽록소가 발견되는 엽록체라고 불리는 특수 세포 소기관에서 일어납니다. 광합성 박테리아에는 엽록소(또는 다른 유사한 색소)도 있지만 엽록체는 없습니다.

• 광합성에는 이산화탄소(CO 2 )에서 탄소를 고정하는 데 사용되는 물질에 따라 두 가지 유형이 있습니다. 산소 광합성은 물(H 2 O)을 사용하고 산소(O 2 )를 생성하며, 이는 주변 매체로 방출됩니다. 무산소 광합성은 황화수소(H 2 S)나 수소가스(H 2 )를 사용하며, 산소를 생성하지 않지만 황을 방출합니다.

• 햇빛과 식물의 관계는 고대 그리스부터 이미 가정되어 왔습니다. 그러나 광합성에 대한 연구와 이해의 발전은 18세기, 19세기, 20세기에 걸쳐 일련의 과학자들의 공헌으로 인해 중요해지기 시작했습니다. 예를 들어, 식물에서 산소 생성을 최초로 증명한 사람은 영국의 성직자 Joseph Priestley(1732-1804)였으며, 광합성의 기본 방정식을 최초로 정식화한 사람은 독일의 식물학자 Ferdinand Sachs(1832-1897)였습니다. 그 후, 미국의 생화학자 멜빈 캘빈(1911-1997)은 캘빈 회로(광합성 단계 중 하나)를 명확히 밝히는 데 또 다른 엄청난 공헌을 하여 1961년 노벨 화학상 을 받았습니다.

광합성 방정식

산소 광합성의 일반 방정식은 다음과 같습니다.

이 반응식, 즉 이 반응의 균형 방정식을 화학적으로 공식화하는 올바른 방법은 다음과 같습니다.

광합성의 단계

광합성의 광화학 단계는 햇빛이 있을 때 발생합니다.

화학적 과정으로서의 광합성은 빛(또는 빛) 단계와 어둠 단계의 두 가지 다른 단계에서 발생합니다. 첫 번째 단계에는 햇빛의 존재만이 직접적으로 개입하기 때문에 소위 불립니다(두 번째 단계가 반드시 어둠 속에서 일어난다는 의미는 아닙니다). .).

• 발광 또는 광화학 단계 . 이 단계에서는 식물 내부에서 빛 의존 반응이 발생합니다. 즉, 식물은 엽록소를 통해 태양 에너지를 포착하고 이를 사용하여 ATP와 NADPH를 생성합니다. 이 모든 것은 엽록소 분자가 태양 복사선과 접촉하고 외부 층의 전자가 흥분되어 ATP 합성에 사용되는 전자 전달 사슬( 전기 와 유사)을 생성할 때 시작됩니다.(아데노신 삼인산) 및 NADPH(니코틴 아데닌 디뉴클레오티드 인산염). "광분해"라고 불리는 과정에서 물 분자가 분해되면 엽록소 분자는 흥분되었을 때 잃어버린 전자를 회복할 수 있습니다(명상을 수행하려면 여러 엽록소 분자의 여기가 필요합니다). 두 개의 물 분자가 광분해된 결과, 광합성 단계의 부산물로 산소 분자가 대기 중으로 방출됩니다.
• 어둡거나 합성적인 무대 . 엽록체의 기질이나 간질에서 발생하는 이 단계에서 식물은 이산화탄소를 사용하고 이전 단계(화학 에너지)에서 생성된 분자를 활용하여 다음과 같은 매우 복잡한 화학 반응 회로를 통해 유기 물질을 합성합니다. 캘빈 -벤슨 주기 . 이 주기 동안, 이전에 형성된 ATP와 NADPH와 같은 다양한 효소의 개입을 통해 식물이 대기에서 가져오는 이산화탄소로부터 포도당이 합성됩니다. 이산화탄소가 유기 화합물 에 결합되는 것을 탄소 고정이라고 합니다.

광합성의 중요성

광합성은 산소를 대기와 물로 방출합니다.

광합성은 여러 가지 이유로 생물권에서 중요하고 중심적인 과정입니다. 첫 번째이자 가장 분명한 것은 물과 공기 모두에서 호흡하는 데 필수적인 가스인 산소(O 2 ) 를 생성한다는 것입니다 . 식물이 없으면 대부분의 생명체(인간 포함 ) 는 생존할 수 없습니다.

한편, 식물은 주변 환경으로부터 이산화탄소(CO 2 )를 흡수하여 이를 유기물로 전환하여 고정합니다 . 우리가 숨을 쉴 때 내쉬는 이 가스는 특정 한도 내에서 유지되지 않으면 잠재적으로 독성이 있습니다.

식물은 스스로 양분을 만들기 위해 이산화탄소를 사용하기 때문에 지구상의 식물 수명이 감소하면 대기 중 이 가스의 증가에 영향을 미치며 지구 온난화 의 원인으로 작용합니다 . 예를 들어, CO2 는 온실 가스 역할을 하여 지구에 도달하는 과도한 열이 대기 밖으로 방출되는 것을 방지합니다. 광합성 유기체는 매년 약 1억 톤의 탄소를 유기물질로 고정하는 것으로 추산됩니다.

계속하기: 캘빈 사이클