광합성
| 광합성은 식물 및 다른 생명체가 빛에너지를 화학 에너지로 전환하기 위해 사용하는 과정이다. 전환된 화학 에너지는 나중에 생명체의 활동에 에너지를 공급하기 위해 방출될 수 있다. 이 화학 에너지는 이산화탄소와 물로부터 합성된 당과 같은 탄수화물 분자에 저장된다. 광합성이란 이름은 그리스어 φῶς ("phōs", "light", "빛"을 의미함)와 σύνθεσις ("synthesis", "합성"을 의미함)에서 유래하였다. 대부분의 경우 광합성에서 산소는 부산물로 방출된다. 대부분의 식물, 조류 및 남세균은 광합성을 수행하는데, 이러한 생물을 광독립영양생물이라고 한다. 광합성은 지구 대기 중의 산소를 생산하고 유지하는데 큰 역할을 하며, 지구상의 생명체에게 필요한 유기 화합물과 대부분의 에너지를 공급한다. |
1. 광합성
- 엽록체에서 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 포도당(C6H12O6)을 합성하는 과정이며, 부산물로 산소가 발생한다.
→이산화탄소는 수소(전자)를 얻어 포도당으로 환원되고, 물은 산소로 분해되면서 수소(전자)를 잃어 산화된다.
2. 광합성과 생태계의 에너지 흐름
- 광합성은 생태계에서 생산자가 에너지의 근원인 빛에너지를 생물체 내로 유입하는 과정으로, 생태계 에너지 흐름의 시작을 의미한다.
- 생산자가 생산한 광합성 산물을 소비자가 이용하면서 먹이 사슬이 형성되고, 생산자가 방출한 산소는 소비자의 호흡에 이용된다.
광합성의 2가지 과정
1. 광합성의 2가지 과정
- 광합성은 명반응과 암반응의 2단계로 진행된다.
2. 명반응
- 그라나에서 엽록소가 빛에너지를 흡수하여 화학 에너지로 전환하는 과정이다. 따라서 빛이 있어야 진행된다.
- H2O이 분해되어 O2가 방출된다.
- NADPH와 ATP를 생성하여 암반응에 공급한다.
◇ NADPH와 NADP+
광합성 과정에서 NADP+는 세포 호흡 과정의 NAD+처럼 전자 수용체 역할을 하는 조효소이다. 명반응 과정에서는 빛에너지에 의해 NADP+에 1개의 H+과 2개의 전자가 첨가되어 NADPH로 환원된다.
| NADP+ + 2H+ + 2e- → NADPH + H+ |
3. 암반응
- 스트로마에서 NADPH와 ATP를 이용하여 이산화 탄소를 환원시켜 포도당을 합성하는 과정으로, 빛과 상관없이 진행된다.
➞ 명반응의 산물을 이용하여 암반응이 일어나므로 명반응이 먼저 일어나야 암반응이 일어날 수 있다.
◇ 암반응
스트로마에서 일어나는 포도당 합성 과정인 암반응을 캘빈 회로라고 한다. 이는 포도당의 합성 과정을 밝혀 노벨상을 수상한 미국의 생화학자 캘빈의 이름을 딴 것이다.
벤슨의 실험(명반응과 암반응의 관계)
1. 과정
- 1949년 벤슨은 광합성의 2가지 단계에 대해 알아보기 위해 식물에 빛과 CO2를 따로 주었을 때와 함께 주었을 때의 광합성 속도를 측정하여 그림과 같은 결과를 얻었다.
2. 정리
- A, B, D, E 단계에서는 광합성이 일어나지 않았다.
→ 빛이 없으면 CO2가 있어도 광합성이 일어나지 않으며, 빛이 있어도 CO2가 없으면 광합성이 일어나지 않는다.
- A에서는 광합성이 일어나지 않았으나 B에서 빛을 비춰 준 후 C에서 CO2를 공급하였더니 광합성이 잠시 동안 일어났다.
→ A와 C 단계의 조건은 동일하지만, C에서는 B 단계에서 광합성에 필요한 물질이 만들어져 공급되기 때문에 공급받은 물질이 다 소모될 때까지 광합성이 잠시 동안 일어난 것이다.
→ 광합성이 일어나려면 CO2 공급 전에 빛이 먼저 공급되어야 한다.
- C에서는 광합성이 일시적으로 일어났으나, F에서는 광합성이 지속적으로 일어났다.
→ 광합성이 계속 일어나려면 빛과 CO2가 지속적으로 공급되어야 한다.
➞ 광합성에는 빛을 필요로 하는 단계(명반응)와 CO2를 필요로 하는 단계(암반응)가 있으며, 명반응이 암반응에 선행되어야 한다.