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광합성은 모든 생물학에서 가장 중요한 반응으로 방어 적으로 표시 될 수 있습니다. 세계의 먹이 웹 또는 에너지 흐름 시스템을 조사하면 궁극적으로 유기체를 유지하는 물질에 대해 태양으로부터의 에너지에 의존한다는 것을 알게 될 것입니다. 동물들은 탄소 계 영양소 (탄수화물)와 광합성에 의해 생성되는 산소에 의존합니다. 다른 동물을 먹음으로써 모든 영양분을 섭취하는 동물조차도 대부분 또는 독점적으로 식물에만 사는 유기체를 먹기 때문입니다.
광합성으로부터 자연에서 관찰 된 다른 모든 에너지 교환 과정이 흐른다. 당분 해 및 세포 호흡의 반응과 같이, 광합성은 고려할 단계, 효소 및 고유 한 측면이 있으며, 광합성의 특정 촉매가 빛과 가스를 음식으로 전환시키는 양에서 어떤 역할을하는지 이해하는 것이 마스터 링에 중요합니다 기본 생화학.
광합성이란?
광합성은 당신이 먹었던 마지막 일의 생산과 관계가 있습니다. 그것이 공장을 기반으로했다면, 그 주장은 간단합니다. 그것이 햄버거라면, 고기는 거의 대부분 식물 자체에 속한 동물에서 나온 것입니다. 세상을 식 히지 않고 오늘 태양이 스스로 셧다운되어 식물이 부족하게된다면 세계 식량 공급은 곧 사라질 것입니다. 포식자가 아닌 식물은 먹이 사슬의 가장 맨 아래에 있습니다.
광합성은 전통적으로 가벼운 반응과 어두운 반응으로 나뉩니다. 광합성에서의 두 반응 모두 중요한 역할을합니다. 전자는 햇빛 또는 다른 광 에너지의 존재에 의존하는 반면, 후자는 기판과 작업하기 위해 광 반응의 생성물에 의존하지 않을 뿐이다. 가벼운 반응에서는 식물이 탄수화물을 조립하는 데 필요한 에너지 분자가 만들어지며 탄수화물 합성 자체는 어두운 반응을 일으 킵니다. 이것은 에어로빅 호흡과 어떤면에서 비슷합니다. Krebs주기는 ATP의 주요 직접 공급원은 아니지만 (아데노신 트리 포스페이트, 모든 세포의 "에너지 통화"), 많은 중간 분자를 생성합니다. 후속 전자 수송 연쇄 반응에서 다량의 ATP.
광합성을 수행 할 수있는 식물의 중요한 요소는 엽록소라는 독특한 구조에서 발견되는 물질 엽록체.
광합성 방정식
광합성의 순 반응은 실제로 매우 간단합니다. 그것은 가벼운 에너지가 존재하는 경우 이산화탄소와 물은 공정 중에 포도당과 산소로 전환됩니다.
6 CO2 + 라이트 + 6H2O → C6H12영형6 + 6O2
전체 반응은 가벼운 반응 그리고 어두운 반응 광합성의
가벼운 반응 : 12 시간2O + 조명 → O2 + 24 시간+ + 24e−
어두운 반응 : 6CO2 + 24 시간+ + 24 전자− → C6H12영형6 + 6 시간2영형
요컨대, 빛 반응은 햇빛을 사용하여 식물이 음식 (포도당)을 만드는 데 필요한 전자를 깜짝 놀라게합니다. 이것이 실제로 어떻게 발생하는지는 잘 연구되어 왔으며 수십억 년의 생물학적 진화에 대한 증거입니다.
광합성 대 세포 호흡
생명 과학을 연구하는 사람들 사이에서 흔히 오해하는 것은 광합성이 단순히 세포 호흡의 역전이라는 것입니다. 이것은 광합성의 순 반응이 당분 해로 시작하고 미토콘드리아의 호기성 과정 (크렙스주기 및 전자 수송 사슬)으로 끝나는 세포 호흡과 똑같이 보인다는 것을 감안할 때 이해할 수 있습니다.
그러나 광합성에서 이산화탄소를 포도당으로 변환하는 반응은 세포 호흡에서 포도당을 이산화탄소로 다시 감소시키는 데 사용되는 반응과는 크게 다릅니다. 식물은 명심하고 세포 호흡을 이용합니다. 엽록체는 "식물의 미토콘드리아"가 아닙니다. 식물에도 미토콘드리아가 있습니다.
광합성은 주로 식물에 입이 없기 때문에 발생하는 것으로 생각하지만 여전히 포도당을 영양소로 연소하여 자체 연료를 만드는 데 의존합니다. 식물이 포도당을 섭취 할 수는 없지만 포도당을 계속 공급해야한다면 겉으로는 불가능 해 보이며 스스로 만들어야합니다. 식물은 어떻게 음식을 만드는가? 그들은 외부 조명을 사용하여 내부의 작은 발전소를 운전합니다. 그들이 할 수있는 것은 그들이 실제로 어떻게 구성되는지에 달려 있습니다.
식물의 구조
질량과 관련하여 표면적이 많은 구조물은 지나가는 많은 햇빛을 포착 할 수있는 위치에 있습니다. 이것이 식물에 잎이있는 이유입니다. 잎이 식물의 가장 녹색 인 경향이 있다는 사실은 잎에서 엽록소의 밀도의 결과입니다. 이것은 광합성 작업이 이루어지는 곳입니다.
잎은 표면에 기공 (stomata, 단수 : 기공)이라고 불리는 모공을 진화시켰다. 이 구멍은 잎이 CO의 출입을 제어 할 수있는 수단입니다2광합성에 필요한2프로세스의 폐기물입니다. (산소를 폐기물로 생각하는 것은 반 직관적이지만,이 설정에서는 엄밀히 말하면 그것이 무엇인지에 대한 것입니다.)
이 기공은 또한 잎의 수분 함량을 조절하는 데 도움이됩니다. 물이 풍부 할 때, 잎은 더욱 단단하고 "팽창"되고 기공은 폐쇄 된 상태로 유지된다. 반대로, 물이 부족한 경우, 기공은 잎 자체에 영양을 공급하기 위해 노력합니다.
식물 세포의 구조
식물 세포는 진핵 세포로, 모든 세포에 공통적 인 4 가지 구조 (DNA, 세포막, 세포질 및 리보솜)와 다수의 특수한 소기관을 가지고 있습니다. 그러나 식물 세포는 동물 및 다른 진핵 세포와 달리 박테리아와 같은 세포벽을 가지고 있지만 다른 화학 물질을 사용하여 구성됩니다.
식물 세포에는 또한 핵이 있으며, 그들의 세포 소기관에는 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 세포 골격 및 액포가 포함됩니다. 그러나 식물 세포와 다른 진핵 세포의 중요한 차이점은 식물 세포가 엽록체.
엽록체
식물 세포 내에는 엽록체라고하는 소기관이 있습니다. 미토콘드리아와 같이, 이들은 진핵 생물의 진화 초기에 진핵 생물 유기체에 통합 된 것으로 여겨지며, 독립 체는 엽록체가되어 독립형 광합성을 수행하는 원핵 생물로 존재한다.
엽록체는 모든 세포 기관과 마찬가지로 이중 플라즈마 막으로 둘러싸여 있습니다. 이 막 안에는 기질이 있는데, 이것은 엽록체의 세포질과 같은 기능을합니다. 또한 엽록체 안에는 틸라코이드 (thylakoid)라고하는 시체가 있는데, 그것들은 동전 더미처럼 배열되고 그들 자신의 막으로 둘러싸여 있습니다.
엽록소는 광합성의 "the"안료로 간주되지만 엽록소에는 여러 가지 유형이 있으며 엽록소 이외의 안료도 광합성에 참여합니다. 광합성에 사용되는 주요 안료는 엽록소 A입니다. 광합성 과정에 참여하는 일부 비 엽록소 안료는 적색, 갈색 또는 청색입니다.
가벼운 반응
광합성의 빛 반응은 물 에너지로부터 수소 원자를 대체하기 위해 빛 에너지를 사용하며,이 수소 원자는 들어오는 빛에 의해 궁극적으로 방출되는 전자의 흐름에 의해 구동되며, 이후의 어두운 반응에 필요한 NADPH 및 ATP를 합성하는 데 사용됩니다.
빛 반응은 엽록체 내부, 식물 세포 내부의 틸라코이드 막에서 발생합니다. 그들은 빛이 단백질-엽록소 복합체에 부딪 칠 때 진행됩니다. 포토 시스템 II (PSII). 이 효소는 물 분자에서 수소 원자를 방출하는 것입니다. 그러면 물 속의 산소가 제거되고 공정에서 방출 된 전자는 플라 스토 퀴 놀이라는 분자에 부착되어 플라 스토 퀴논으로 변합니다. 이 분자는 차례로 전자를 사이토 크롬 b6f 라 불리는 효소 복합체로 옮깁니다. 이 ctyb6f는 플라 스토 퀴논으로부터 전자를 가져와 플라스 토시 아닌으로 이동시킨다.
이 지점에서, 광 시스템 I (PSI) 직장에 도착합니다. 이 효소는 플라스 토시 아닌에서 전자를 가져와 페레 독신이라는 철 함유 화합물에 부착합니다. 마지막으로 페레 독신 -NADP라는 효소+NADP로부터 NADPH를 만들기위한 환원 효소 (FNR)+. 이러한 모든 화합물을 기억할 필요는 없지만 관련된 반응의 계단식, "핸드 오프"특성을 이해하는 것이 중요합니다.
또한, PSII가 상기 반응에 전력을 공급하기 위해 물로부터 수소를 방출 할 때, 그 수소의 일부는 농도 구배를 낮추기 위해 간질을위한 실라 코 이드를 남기고 싶어하는 경향이있다. 틸라코이드 막은 막에서 ATP 신타 제 펌프에 전력을 공급하기 위해이 자연 유출을 이용하며, ATP를 만들기 위해 인산염 분자를 ADP (adenosine diphosphate)에 부착합니다.
어두운 반응
광합성의 어두운 반응은 빛에 의존하지 않기 때문에 그렇게 명명되었습니다. 그러나 빛이있을 때 발생할 수 있으므로 더 성 가시면 이름이 "빛 독립적 반응문제를 더 명확하게하기 위해 어두운 반응은 캘빈 사이클.
폐로 공기를 흡입 할 때, 그 공기의 이산화탄소가 세포로 들어올 수 있다고하자. 그러면 몸에서 나오는 음식과 같은 물질을 만드는 것과 동일한 물질을 만드는 데 사용될 것입니다. 사실, 이것 때문에, 당신은 전혀 먹을 필요가 없습니다. 이것은 본질적으로 CO를 사용하는 식물의 수명입니다2 그것은 포도당을 만들기 위해 환경 (다른 진핵 생물의 대사 과정의 결과로 주로 존재합니다)에서 모여서 자신의 필요에 따라 저장하거나 태 웁니다.
이미 광합성이 수소 원자를 물에서 두드리고 그 원자의 에너지를 사용하여 NADPH와 ATP를 만드는 것으로 시작했습니다. 그러나 지금까지 광합성에 대한 다른 입력 인 CO2에 대한 언급은 없습니다. 이제 NADPH와 ATP가 모두 왜 수확되었는지를 알 수 있습니다.
Rubisco를 입력하십시오
암흑 반응의 첫 번째 단계에서 CO2는 ribulose 1,5-bisphosphate라는 5 개의 탄소 당 유도체에 부착됩니다. 이 반응은 효소 리룰 로스 -1,5- 비스 포스페이트 카르 복실 라제 / 옥 시게나 제에 의해 촉매되며, 루비 스코. 이 효소는 광합성을 겪는 모든 식물에 존재한다는 점에서 세계에서 가장 풍부한 단백질로 여겨집니다.
이 6 개 탄소 중간체는 불안정하며 포스 포 글리세 레이트라고하는 한 쌍의 3 개 탄소 분자로 분리됩니다. 이어서 이들은 키나제 효소에 의해 인산화되어 1,3- 비스 포스 포 글리세 레이트를 형성한다. 이어서이 분자는 글리 세르 알데히드 -3- 포스페이트 (G3P)로 전환되어 포스페이트 분자를 유리시키고 광 반응으로부터 유도 된 NAPDH를 소비한다.
이러한 반응에서 생성 된 G3P는 식물 세포의 특정 요구에 따라 글루코스, 아미노산 또는 지질의 형성을 초래하는 다수의 상이한 경로에 놓일 수있다. 식물은 또한 사람의 식단에서 전분과 섬유질에 기여하는 포도당의 고분자를 합성합니다.