-의무적으로 빛 에너지를 사용하여 이산화탄소와 물에서 유기 물질 합성 :
6CO 2 + 6H 2 O + Q 조명 → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
고등 식물에서 광합성 기관은 잎이고 광합성 기관은 엽록체입니다 (엽록체 구조-강의 번호 7). 광합성 색소는 엽록소 틸라코이드 막 (엽록소 및 카로티노이드)에 내장되어 있습니다. 엽록소에는 여러 가지 유형이 있습니다 ( a, b, c, d), 주된 것은 엽록소 ㅏ... 엽록소 분자에서는 중심에 마그네슘 원자가있는 포르피린 "머리"와 피톨 "꼬리"를 구별 할 수 있습니다. 포르피린 "헤드"는 편평한 구조이고 친수성이므로 기질의 수성 매질을 향하는 막 표면에 놓여 있습니다. 피톨 "꼬리"는 소수성이며 이로 인해 엽록소 분자를 막에 유지합니다.
엽록소는 적색 및 청자색 빛을 흡수하고 녹색을 반사하므로 식물에 독특한 녹색을 부여합니다. 틸라코이드 막의 엽록소 분자는 사진 시스템... 식물과 남조류에는 광계 -1과 광계 -2가 있고 광합성 박테리아에는 광계 -1이 있습니다. 광계 -2만이 산소를 방출하여 물을 분해하고 물의 수소에서 전자를 가져올 수 있습니다.
광합성은 복잡한 다단계 과정입니다. 광합성 반응은 두 그룹으로 나뉩니다. 가벼운 위상 및 반응 어두운 단계.
가벼운 단계
이 단계는 엽록소, 전자 전달 단백질 및 효소 인 ATP 합성 효소가 참여하여 틸라코이드 막에 빛이 존재할 때만 발생합니다. 빛의 양자의 영향으로 엽록소의 전자가 여기되어 분자를 떠나 틸라코이드 막의 바깥쪽으로 들어가 궁극적으로 음전하가됩니다. 산화 된 엽록소 분자는 틸라코이드 내부 공간의 물에서 전자를 가져옴으로써 감소됩니다. 이것은 물의 분해 또는 광분해로 이어집니다.
H 2 O + Q 라이트 → H + + OH-.
하이드 록실 이온은 전자를 제공하여 반응성 라디칼로 변합니다.
OH-→ .OH + e-.
라디칼 OH는 결합하여 물과 자유 산소를 형성합니다.
4NO. → 2H 2 O + O 2.
이 경우 산소는 외부 환경으로 제거되고 양성자는 "양성자 저장소"의 틸라코이드 내부에 축적됩니다. 결과적으로 틸라코이드 막은 H +로 인해 양전하를 띠고 다른 한편으로는 전자로 인해 음전하를 띠게됩니다. 틸라코이드 막의 바깥 쪽과 안쪽 사이의 전위차가 200mV에 도달하면 양성자가 ATP 합성 효소의 채널을 통해 밀려 나고 ADP에서 ATP 로의 인산화가 발생합니다. 원자 수소는 특정 운반체 NADP + (니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오타이드 포스페이트)를 NADPH 2로 감소시키는 데 사용됩니다.
2Н + + 2е-+ NADP → NADPH 2.
따라서 물의 광분해는 가장 중요한 세 가지 과정을 수반하는 가벼운 단계에서 발생합니다. 1) ATP 합성; 2) NADP · H 2의 형성; 3) 산소 형성. 산소는 대기로 확산되고 ATP 및 NADP · H 2는 엽록체 기질로 이동하여 암상 과정에 참여합니다.
1-엽록체 기질; 2-그라나 틸라코이드.
다크 페이즈
이 단계는 엽록체 기질에서 발생합니다. 그 반응에는 빛의 에너지가 필요하지 않으므로 빛뿐만 아니라 어둠 속에서도 발생합니다. 암상 반응은 (공기에서 나오는) 이산화탄소의 연속적인 변형으로 포도당 및 기타 유기 물질이 형성됩니다.
이 사슬의 첫 번째 반응은 이산화탄소 고정입니다. 이산화탄소 제거제는 5 탄당입니다 리불 로스 바이 포스페이트 (RiBF); 효소는 반응을 촉매합니다 리불 로스 바이 포스페이트 카르 복실 라제 (RuBP 카르 복실 라제). 리불 로스 비스 포스페이트의 카르 복 실화 결과 불안정한 6 탄소 화합물이 형성되어 즉시 두 분자로 분해됩니다. 포스 포 글리 세르 산 (FGK). 그런 다음 포스 포 글리 세르 산이 일련의 중간 생성물을 통해 포도당으로 전환되는 반응 사이클이 있습니다. 이러한 반응은 광상에서 형성된 ATP 및 NADP · H 2의 에너지를 사용합니다. 이러한 반응의주기를 "캘빈주기"라고합니다.
6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
포도당 외에도 광합성 과정에서 아미노산, 글리세롤 및 지방산, 뉴클레오티드와 같은 복잡한 유기 화합물의 다른 단량체가 형성됩니다. 현재 두 가지 유형의 광합성이 구별됩니다 : C 3 및 \u200b\u200bC 4 광합성.
C 3 광합성
이것은 첫 번째 생성물이 탄소 3 개 (C3) 화합물 인 광합성의 한 유형입니다. C 3 광합성은 C 4 광합성 (M. Calvin)보다 일찍 발견되었습니다. "Dark phase"라는 제목 아래 위에서 설명한 것은 C 3 광합성입니다. C 3 광합성의 특징 : 1) 이산화탄소 수용체는 RuBP, 2) RuBP의 카르 복 실화는 RuBP 카르 복실 라제에 의해 촉매 화됨, 3) RuBP의 카르 복 실화 결과, 6 개의 탄소 화합물이 형성되어 2 개의 FHA로 분해됩니다. FGK는 인산 삼당 (TF). TF의 일부는 RiBP의 재생으로 이동하고 일부는 포도당으로 변환됩니다.
1-엽록체; 2-퍼 옥시 좀; 3-미토콘드리아.
빛에 의존하는 산소 흡수와 이산화탄소 방출입니다. 지난 세기 초 산소가 광합성을 억제한다는 사실이 밝혀졌습니다. 밝혀진 바와 같이, RiBP 카르 복실 라 아제의 경우 기질은 이산화탄소뿐만 아니라 산소 일 수도 있습니다.
О 2 + RuBP → 포스 포 글리콜 레이트 (2C) + FHA (3C).
이 효소를 RiBP-oxygenase라고합니다. 산소는 이산화탄소 고정의 경쟁력있는 억제제입니다. 포스페이트 그룹은 절단되고 포스 포 글리콜 레이트는 식물이 사용할 글리콜 레이트가됩니다. 퍼 옥시 좀으로 들어가서 글리신으로 산화됩니다. 글리신은 미토콘드리아로 들어가 세린으로 산화되고 이미 고정 된 탄소는 CO2의 형태로 손실됩니다. 결과적으로 두 분자의 글리콜 레이트 (2C + 2C)가 하나의 FHA (3C)와 CO 2로 전환됩니다. 광호흡은 C 3 식물의 수확량을 30-40 % 감소시킵니다 ( C 3-식물 -C 3 광합성을 특징으로하는 식물).
С 4 광합성-광합성, 첫 번째 제품은 4 탄소 (С 4) 화합물입니다. 1965 년에 일부 식물 (사탕 수수, 옥수수, 수수, 기장)에서 광합성의 첫 번째 산물은 4 개의 탄소 산이라는 사실이 밝혀졌습니다. 그러한 식물은 명명되었습니다 4 개의 식물로... 1966 년 호주 과학자 Hatch and Slack은 C4 식물이 사실상 광호흡이없고 이산화탄소 흡수에 훨씬 더 효율적이라는 것을 보여주었습니다. C4- 식물의 탄소 변환 경로가 불려지기 시작했습니다. 작성자 Hatch-Slack.
C 4-식물의 경우 잎의 특별한 해부학 적 구조가 특징적입니다. 모든 혈관 다발은 세포의 이중층으로 둘러싸여 있습니다. 바깥 쪽은 중엽 세포이고 안쪽은 외피 세포입니다. 이산화탄소는 중엽 세포의 세포질에 고정되어 있으며 수용체는 포스 포에 놀 피루 베이트 (FEP, 3C), PEP의 카르 복 실화 결과 옥 살로 아세테이트 (4C)가 형성된다. 이 과정은 촉매 작용을합니다 PEP- 카르 복실 라제... RuBP 카르 복실 라제와 달리 PEP 카르 복실 라제는 CO 2에 대해 높은 친 화성을 가지며 가장 중요한 것은 O 2와 상호 작용하지 않는다는 것입니다. 중엽의 엽록체에는 가벼운 단계의 반응이 활성화되는 많은 곡물이 있습니다. 칼집 세포의 엽록체에서 어두운 단계의 반응이 일어납니다.
옥 살로 아세테이트 (4C)는 말라 산염으로 변환되며, 이는 플라스 모데 마타를 통해 외피 세포로 운반됩니다. 여기서 탈 카복실 화 및 탈수되어 피루 베이트, CO 2 및 NADPH 2를 형성합니다.
Pyruvate는 중엽 세포로 돌아가고 PEP에서 ATP 에너지를 희생하여 재생됩니다. CO 2는 FHA의 형성과 함께 RiBP 카르 복실 라제에 의해 다시 고정됩니다. PEP 재생에는 ATP 에너지가 필요하므로 C3 광합성에 비해 거의 두 배의 에너지가 필요합니다.
광합성의 중요성
광합성 덕분에 매년 수십억 톤의 이산화탄소가 대기에서 흡수되고 수십억 톤의 산소가 방출됩니다. 광합성은 유기물 형성의 주요 원천입니다. 산소는 단파 자외선으로부터 살아있는 유기체를 보호하는 오존층을 형성합니다.
광합성 과정에서 녹색 잎은 떨어지는 태양 에너지의 약 1 % 만 사용하며 생산성은 시간당 표면 1m2 당 유기물 약 1g입니다.
화학 합성
빛의 에너지가 아니라 무기 물질의 산화 에너지로 인해 수행되는 이산화탄소와 물에서 유기 화합물을 합성하는 것을 화학 합성... 화학 합성 유기체에는 일부 유형의 박테리아가 포함됩니다.
질화 박테리아 암모니아는 아질산으로 산화 된 다음 질산으로 산화됩니다 (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).
철 박테리아 철을 산화물로 변환 (Fe 2+ → Fe 3+).
유황 박테리아 황화수소를 황 또는 황산으로 산화시킵니다 (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).
무기 물질의 산화 반응의 결과로 에너지가 방출되며, 이는 고 에너지 ATP 결합 형태로 박테리아에 의해 저장됩니다. ATP는 유기 물질의 합성에 사용되며 광합성의 어두운 단계의 반응과 유사한 방식으로 진행됩니다.
화학 합성 박테리아는 토양에 미네랄 물질의 축적에 기여하고 토양 비옥도를 개선하며 폐수 처리를 촉진합니다.
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지구상의 모든 생명체는 생존을 위해 식량이나 에너지가 필요합니다. 어떤 유기체는 다른 생물을 먹고 다른 생물은 자신의 영양분을 생산할 수 있습니다. 그들은 광합성이라고 불리는 과정에서 음식, 포도당을 생산합니다.
광합성과 호흡은 서로 연결되어 있습니다. 광합성의 결과는 포도당이며 화학 에너지로 저장됩니다. 이 저장된 화학 에너지는 무기 탄소 (이산화탄소)를 유기 탄소로 전환 할 때 발생합니다. 호흡 과정은 저장된 화학 에너지를 방출합니다.
식물이 생산하는 식품 외에도 식물은 생존을 위해 탄소, 수소 및 산소가 필요합니다. 토양에서 흡수 된 물은 수소와 산소를 제공합니다. 광합성 과정에서 탄소와 물은 음식을 합성하는 데 사용됩니다. 식물은 또한 아미노산을 만들기 위해 질산염이 필요합니다 (아미노산은 단백질 생산의 성분입니다). 이 외에도 엽록소를 생성하려면 마그네슘이 필요합니다.
참고 : 다른 음식에 의존하는 생물을 호출합니다. 소와 같은 초식 동물과 곤충을 먹는 식물은 종속 영양 생물의 예입니다. 자신의 음식을 생산하는 생명체를 호출합니다. 녹색 식물과 조류는 독립 영양 생물의 예입니다.
이 기사에서는 식물에서 광합성이 발생하는 방식과이 과정에 필요한 조건에 대해 자세히 알아 봅니다.
광합성의 결정
광합성은 식물, 일부 및 조류가 빛만을 에너지 원으로 사용하여 이산화탄소와 물에서 포도당과 산소를 \u200b\u200b생성하는 화학적 과정입니다.
이 과정은 모든 생명이 의존하는 산소가 방출되기 때문에 지구상의 생명체에 매우 중요합니다.
식물에 포도당 (음식)이 필요한 이유는 무엇입니까?
인간과 다른 생명체와 마찬가지로 식물도 생존을 위해 식량을 필요로합니다. 식물에 대한 포도당의 가치는 다음과 같습니다.
- 광합성의 포도당은 호흡 중에 식물이 다른 중요한 과정에 필요한 에너지를 방출하는 데 사용됩니다.
- 식물 세포는 또한 포도당의 일부를 전분으로 전환하여 필요에 따라 사용합니다. 이런 이유로 죽은 식물은 화학 에너지를 저장하기 때문에 바이오 매스로 사용됩니다.
- 포도당은 성장 및 기타 중요한 과정에 필요한 단백질, 지방 및 식물 당과 같은 다른 화학 물질을 생산하는데도 필요합니다.
광합성 단계
광합성 과정은 밝고 어두운 두 단계로 나뉩니다.
광합성의 가벼운 단계
이름에서 알 수 있듯이 밝은 단계에는 햇빛이 필요합니다. 빛 의존적 반응에서 햇빛의 에너지는 엽록소에 흡수되어 전자 운반 분자 인 NADPH (니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오타이드 포스페이트)와 에너지 분자 ATP (아데노신 트리 포스페이트)의 형태로 저장된 화학 에너지로 변환됩니다. 가벼운 단계는 엽록체 내의 틸라코이드 막에서 발생합니다.
광합성의 어두운 단계 또는 캘빈주기
어두운 단계 또는 캘빈 회로에서, 빛 단계의 여기 된 전자는 이산화탄소 분자에서 탄수화물을 형성하기위한 에너지를 제공합니다. 빛에 독립적 인 단계는 과정의 주기적 특성으로 인해 때때로 캘빈주기라고 불립니다.
어두운 단계는 빛을 시약으로 사용하지 않지만 (결과적으로 낮이나 밤에 발생할 수 있음) 기능을 수행하려면 빛에 의존하는 반응의 산물이 필요합니다. 빛에 독립적 인 분자는 새로운 탄수화물 분자를 생성하기 위해 에너지 운반 분자 (ATP 및 NADPH)에 의존합니다. 에너지 전달 후 에너지 운반자의 분자는 더 많은 에너지 전자를 얻기 위해 빛의 위상으로 돌아갑니다. 또한 여러 가지 어두운 단계의 효소가 빛에 의해 활성화됩니다.
광합성 단계 다이어그램
참고 :이것은 식물이 광상 제품을 사용하기 때문에 너무 오랫동안 빛이 차단되면 어두운 단계가 계속되지 않음을 의미합니다.
식물 잎 구조
우리는 잎의 구조에 대해 더 많이 알지 않고서는 광합성을 완전히 연구 할 수 없습니다. 잎은 광합성 과정에서 중요한 역할을하는 데 적합합니다.
잎의 외부 구조
- 지역
식물의 가장 중요한 특징 중 하나는 넓은 잎 표면적입니다. 대부분의 녹색 식물은 광합성에 필요한만큼의 태양 에너지 (햇빛)를 포착 할 수있는 넓고 평평하며 열린 잎을 가지고 있습니다.
- 중앙 정맥과 잎자루
중앙 정맥과 잎자루는 함께 결합되어 잎의 바닥을 형성합니다. 잎자루는 잎이 가능한 한 많은 빛을 받도록 배치합니다.
- 잎날
단순한 잎에는 하나의 잎 판이 있고 복잡한 잎에는 여러 개가 있습니다. 잎 잎은 잎의 가장 중요한 구성 요소 중 하나이며 광합성 과정에 직접 관여합니다.
- 정맥
잎의 정맥 네트워크는 줄기에서 잎으로 물을 운반합니다. 방출 된 포도당은 또한 잎에서 정맥을 통해 식물의 다른 부분으로 향합니다. 또한 시트의 이러한 부분은 햇빛을 더 잘 포착 할 수 있도록 시트 플레이트를 평평하게 유지합니다. 정맥 (venation)의 위치는 식물의 종류에 따라 다릅니다.
- 시트베이스
잎의 바닥은 가장 낮은 부분이며 줄기와 연결됩니다. 종종 한 쌍의 자극이 잎의 바닥에 있습니다.
- 잎 가장자리
식물의 유형에 따라 잎 가장자리는 전체 가장자리, 톱니 모양, 톱니 모양, 노치, 화장 등 다른 모양을 가질 수 있습니다.
- 잎의 꼭대기
잎의 가장자리와 마찬가지로 끝은 날카 롭고 둥글고 둔한 모양, 길쭉한 모양, 그려진 모양 등 다양한 모양으로 제공됩니다.
잎의 내부 구조
아래는 잎 조직의 내부 구조에 대한 유사한 다이어그램입니다.
- 표피
큐티클은 식물 표면의 주요 보호 층 역할을합니다. 일반적으로 시트 상단이 더 두껍습니다. 큐티클은 식물을 물로부터 보호하는 왁스 같은 물질로 덮여 있습니다.
- 표피
표피는 잎의 외피 조직인 세포층입니다. 그것의 주요 기능은 탈수, 기계적 손상 및 감염으로부터 잎의 내부 조직을 보호하는 것입니다. 또한 가스 교환 및 증산 과정을 조절합니다.
- Mesophyll
Mesophyll은 주요 식물 조직입니다. 이것은 광합성 과정이 일어나는 곳입니다. 대부분의 식물에서 mesophyll은 두 개의 층으로 나뉩니다. 상단은 방어벽이고 하단은 스폰지입니다.
- 보호 세포
방어 세포는 가스 교환을 제어하는 \u200b\u200b데 사용되는 잎 표피의 특수 세포입니다. 기공을 보호하는 기능이 있습니다. 기공은 물을 자유롭게 사용할 수있을 때 커지고 그렇지 않으면 방어 세포가 느려집니다.
- 장루
광합성은 공기에서 기공을 통해 중간층 조직으로의 이산화탄소 (CO2) 침투에 따라 달라집니다. 광합성의 부산물로 생성되는 산소 (O2)는 기공을 통해 식물을 떠납니다. 기공이 열리면 물은 증발에 의해 손실되며 뿌리에서 흡수 한 물로 증산 흐름을 통해 보충되어야합니다. 식물은 공기에서 흡수 된 CO2의 양과 기공을 통한 수분 손실의 균형을 유지해야합니다.
광합성 조건
다음은 식물이 광합성 과정을 수행하는 데 필요한 조건입니다.
- 이산화탄소. 공기 중에 발견되는 무색, 무취의 천연 가스이며 과학적 명칭은 CO2입니다. 탄소와 유기 화합물이 연소 될 때 형성되며 호흡 중에도 발생합니다.
- 물... 무취 및 무미의 투명한 액체 화학 물질 (정상 조건에서).
- 광택.인공 조명은 식물에도 적합하지만 자연광은 식물에 긍정적 인 영향을 미치는 자연 자외선을 포함하고 있기 때문에 광합성을위한 최상의 조건을 만드는 경향이 있습니다.
- 엽록소.식물 잎에서 발견되는 녹색 안료입니다.
- 영양소와 미네랄.식물 뿌리가 토양에서 흡수하는 화학 물질 및 유기 화합물.
광합성의 결과로 무엇이 형성됩니까?
- 포도당;
- 산소.
(빛 에너지는 중요하지 않으므로 괄호 안에 표시됩니다.)
참고 : 식물은 잎을 통해 공기에서 CO2를 얻고 뿌리를 통해 토양에서 물을 얻습니다. 빛 에너지는 태양에서 나옵니다. 생성 된 산소는 잎에서 공기 중으로 방출됩니다. 생성 된 포도당은 에너지 저장에 사용되는 전분과 같은 다른 물질로 변환 될 수 있습니다.
광합성을 촉진하는 요소가 없거나 부족한 경우 식물에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 빛이 적 으면 식물의 잎을 먹는 곤충에게 유리한 조건이 만들어지고 물 부족이 느려집니다.
광합성은 어디에서 발생합니까?
광합성은 엽록체라고 불리는 작은 색소체에서 식물 세포 내부에서 일어난다. 엽록체 (주로 중엽 층에서 발견됨)에는 엽록소라고하는 녹색 물질이 포함되어 있습니다. 아래는 엽록체와 함께 광합성을 수행하는 세포의 다른 부분입니다.
식물 세포 구조
식물 세포 부분의 기능
- : 구조적 및 기계적 지원을 제공하고, 세포를 보호하고, 세포의 모양을 수정 및 정의하고, 성장 속도와 방향을 제어하고, 식물에 모양을 부여합니다.
- : 대부분의 효소 제어 화학 공정을위한 플랫폼을 제공합니다.
- : 세포 안팎으로 물질의 이동을 제어하는 \u200b\u200b장벽 역할을합니다.
- : 위에서 설명한 바와 같이 광합성 과정에서 빛 에너지를 흡수하는 녹색 물질 인 엽록소를 함유하고 있습니다.
- : 물을 저장하는 세포질 내의 구멍.
- : 세포 활동을 제어하는 \u200b\u200b유전자 표지 (DNA)를 포함합니다.
엽록소는 광합성에 필요한 빛 에너지를 흡수합니다. 빛의 모든 색 파장이 흡수되는 것은 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 식물은 주로 빨간색과 파란색 물결을 흡수하며 녹색 범위의 빛을 흡수하지 않습니다.
광합성으로 인한 이산화탄소
식물은 잎을 통해 공기로부터 이산화탄소를 얻습니다. 이산화탄소는 잎의 바닥에있는 작은 구멍 인 기공을 통해 스며 듭니다.
잎의 아래쪽 부분에는 느슨한 간격의 세포가있어 이산화탄소가 잎의 다른 세포에 도달합니다. 또한 광합성 과정에서 생성 된 산소가 잎에서 쉽게 빠져 나갈 수 있습니다.
이산화탄소는 우리가 호흡하는 공기에 매우 낮은 농도로 존재하며 광합성의 어두운 단계에서 필요한 요소입니다.
광합성 과정의 빛
시트는 일반적으로 표면적이 넓기 때문에 많은 빛을 흡수 할 수 있습니다. 윗면은 왁스층 (표피)에 의해 수분 손실, 질병 및 날씨로부터 보호됩니다. 잎의 꼭대기는 빛이 떨어지는 곳입니다. 이 mesophyll 층을 palisade라고합니다. 그것은 많은 엽록체를 포함하기 때문에 많은 양의 빛을 흡수하는 데 적합합니다.
가벼운 단계에서 광합성 과정은 더 많은 빛과 함께 증가합니다. 더 많은 엽록소 분자가 이온화되고 밝은 광자가 녹색 잎에 집중되면 더 많은 ATP와 NADPH가 생성됩니다. 빛은 가벼운 단계에서 매우 중요하지만 과도한 양은 엽록소를 손상시키고 광합성을 감소시킬 수 있습니다.
빛의 위상은 온도, 물 또는 이산화탄소에 크게 의존하지 않지만 모두 광합성 과정을 완료하는 데 필요합니다.
광합성 중 물
식물은 뿌리를 통해 광합성에 필요한 물을 얻습니다. 그들은 토양에서 자라는 뿌리털을 가지고 있습니다. 뿌리는 표면적이 넓고 벽이 얇아 물이 쉽게 통과 할 수 있습니다.
이미지는 충분한 물 (왼쪽)과 물 부족 (오른쪽)이있는 식물과 그 세포를 보여줍니다.
참고 : 뿌리 세포는 일반적으로 어둠 속에 있고 광합성을 할 수 없기 때문에 엽록체를 포함하지 않습니다.
식물이 충분한 물을 흡수하지 않으면 시들게됩니다. 물이 없으면 식물은 충분히 빠르게 광합성을 할 수 없으며 심지어 죽을 수도 있습니다.
식물에 물이 얼마나 중요합니까?
- 식물 건강을 지원하는 용해 된 미네랄을 제공합니다.
- 운송 수단입니다.
- 안정성과 직립성을 지원합니다.
- 시원하고 보습합니다.
- 식물 세포에서 다양한 화학 반응을 수행 할 수 있습니다.
자연에서 광합성의 중요성
광합성의 생화학 적 과정은 햇빛의 에너지를 사용하여 물과 이산화탄소를 산소와 포도당으로 변환합니다. 포도당은 조직 성장을위한 식물의 구성 요소로 사용됩니다. 따라서 광합성은 뿌리, 줄기, 잎, 꽃 및 과일이 형성되는 방식입니다. 광합성 과정이 없으면 식물은 성장하거나 번식 할 수 없습니다.
- 생산자
광합성 능력으로 인해 식물은 생산자이며 지구상의 거의 모든 먹이 사슬의 중추를 형성하는 것으로 알려져 있습니다. (조류는 식물과 동일합니다). 우리가 먹는 모든 음식은 광합성 유기체에서 나옵니다. 우리는이 식물을 직접 먹거나 식물성 식품을 소비하는 소나 돼지와 같은 동물을 먹습니다.
- 먹이 사슬의 중추
수중 시스템 내에서 식물과 조류도 먹이 사슬의 중추를 형성합니다. 조류는 먹이 역할을하며, 이는 다시 큰 유기체의 먹이 공급원 역할을합니다. 수중 환경에서 광합성 없이는 생명이 불가능할 것입니다.
- 이산화탄소 제거
광합성은 이산화탄소를 산소로 변환합니다. 광합성 과정에서 대기 중 이산화탄소가 식물로 들어간 다음 산소로 방출됩니다. 이산화탄소 수준이 놀라운 속도로 상승하는 오늘날의 세계에서 대기에서 이산화탄소를 제거하는 모든 과정은 환경 적으로 중요합니다.
- 영양 순환
식물 및 기타 광합성 유기체는 영양 순환에서 중요한 역할을합니다. 공기 중의 질소는 식물 조직에 고정되어 단백질을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 토양에서 발견되는 미량 원소는 식물 조직에 포함될 수 있으며 먹이 사슬 아래에있는 초식 동물에게도 제공됩니다.
- 광합성 중독
광합성은 빛의 강도와 품질에 따라 달라집니다. 일년 내내 햇빛이 풍부하고 물이 제한 요소가 아닌 적도에서는 식물이 빠른 속도로 자라며 상당히 커질 수 있습니다. 반대로 바다 깊은 곳에서의 광합성은 빛이 이러한 층을 통과하지 않기 때문에 덜 일반적이며 결과적으로이 생태계는 더 무균 상태입니다.
광합성은 빛 에너지를 화학 결합의 에너지로 변환하는 것입니다. 유기 화합물.
광합성은 모든 조류, 시아 노 박테리아를 포함한 다수의 원핵 생물, 일부 단세포 진핵 생물을 포함한 식물의 특징입니다.
대부분의 경우 광합성은 부산물로 산소 (O2)를 생성합니다. 그러나 광합성을위한 여러 경로가 있기 때문에 항상 그런 것은 아닙니다. 산소 방출의 경우, 그 근원은 물이며 광합성을 위해 수소 원자가 분리됩니다.
광합성은 다양한 색소, 효소, 코엔자임 등을 포함하는 다양한 반응으로 구성됩니다. 주요 색소는 엽록소 외에 카로티노이드 및 피코 빌린입니다.
자연적으로 식물 광합성에는 C3과 C4의 두 가지 방법이 있습니다. 다른 유기체는 자체 반응 특이성을 가지고 있습니다. "광합성"이라는 용어로 이러한 서로 다른 과정을 통합하는 모든 것-전체적으로 광자의 에너지가 화학 결합으로 변환됩니다. 비교를 위해 : 화학 합성 중에 일부 화합물 (무기)의 화학 결합 에너지는 다른 화합물 (유기)로 변환됩니다.
광합성에는 빛과 어둠의 두 단계가 있습니다. 첫 번째는 반응이 진행되는 데 필요한 광 복사 (hν)에 의존합니다. 어두운 단계는 빛과 무관합니다.
식물에서 광합성은 엽록체에서 일어난다. 모든 반응의 결과로 1 차 유기물이 형성되어 탄수화물, 아미노산, 지방산 등이 합성됩니다. 일반적으로 광합성의 전체 반응은 다음과 같이 작성됩니다. 포도당-가장 흔한 광합성 생성물:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
O 2 분자를 구성하는 산소 원자는 이산화탄소가 아니라 물에서 가져옵니다. 이산화탄소는 탄소원입니다더 중요한 것은. 그 결합 덕분에 식물은 유기물을 합성 할 기회를 갖게됩니다.
위의 화학 반응은 일반화되고 누적됩니다. 그것은 과정의 본질과는 거리가 멀다. 이런 식으로 포도당은 6 개의 개별 이산화탄소 분자에서 형성되지 않습니다. CO 2 결합은 한 번에 한 분자 씩 발생하며, 이는 이미 존재하는 5 탄당에 처음 부착됩니다.
원핵 생물은 광합성의 고유 한 특성이 특징입니다. 따라서 박테리아에서 주요 안료는 박테리아 엽록소이며 수소는 물에서 가져 오지 않고 종종 황화수소 또는 기타 물질에서 가져 오기 때문에 산소가 방출되지 않습니다. 남조류에서는 엽록소가 주요 색소이며 광합성 과정에서 산소가 방출됩니다.
광합성의 가벼운 단계
광합성의 광 단계에서 ATP와 NADPH 2는 복사 에너지로 인해 합성됩니다. 일어난다 엽록체의 틸라코이드에안료와 효소가 전기 화학 회로의 기능을 위해 복잡한 복합체를 형성하는 곳에서 전자와 부분적으로 수소 양성자가 전달됩니다.
전자는 음전하를 띠는 조효소 NADP에서 끝나고, 음으로 하전되어 일부 양성자를 끌어 당겨 NADP · H 2로 변합니다. 또한 틸라코이드 막의 한쪽에 양성자가 축적되고 다른쪽에 전자가 축적되면 전기 화학적 구배가 생성되며,이 전위는 효소 ATP 합성 효소가 ADP와 인산으로부터 ATP를 합성하는 데 사용됩니다.
광합성의 주요 안료는 다양한 엽록소입니다. 그들의 분자는 부분적으로 다른 특정한 빛의 스펙트럼의 방출을 포착합니다. 이 경우 엽록소 분자의 일부 전자는 더 높은 에너지 수준으로 이동합니다. 이것은 불안정한 상태이며 이론적으로 동일한 복사에 의한 전자는 외부에서받은 에너지를 우주로 보내고 이전 수준으로 돌아 가야합니다. 그러나 광합성 세포에서 여기 된 전자는 수용체에 의해 포착되고 에너지가 점진적으로 감소하면서 운반체 사슬을 따라 전달됩니다.
틸라코이드 막에는 빛에 노출 될 때 전자를 방출하는 두 가지 유형의 광계가 있습니다. 광계는 전자가 분리되는 반응 중심을 가진 대부분의 chlorophilic 안료의 복잡한 복합체입니다. 광계에서 햇빛은 많은 분자를 포착하지만 모든 에너지는 반응 센터에서 수집됩니다.
캐리어 체인을 통과하는 광계 I의 전자는 NADP를 감소시킵니다.
광계 II에서 분리 된 전자의 에너지는 ATP 합성에 사용됩니다. 그리고 광계 II의 전자 자체가 광계 I의 전자 구멍을 채 웁니다.
두 번째 광계의 구멍은 물의 광분해... 광분해는 또한 빛의 참여로 발생하며 H 2 O가 양성자, 전자 및 산소로 분해됩니다. 자유 산소가 형성되는 것은 물 광분해의 결과입니다. 양성자는 전기 화학적 구배를 만들고 NADP를 줄이는 데 관여합니다. 광계 II의 엽록소는 전자를받습니다.
광합성의 광 단계에 대한 대략적인 총 방정식 :
H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP · H 2 + 2ATP
전자의 순환 수송
위는 소위 광합성의 비순환 광상... 더 있어요 nADP 환원이 발생하지 않을 때 순환 전자 수송... 이 경우 광계 I의 전자는 ATP가 합성되는 캐리어 체인으로 이동합니다. 즉,이 전자 수송 사슬은 II가 아닌 광계 I로부터 전자를받습니다. 첫 번째 광계는 방출 된 전자가 그것으로 돌아 오는 순환을 인식합니다. 도중에 그들은 ATP를 합성하기 위해 에너지의 일부를 소비합니다.
광인 산화 및 산화 적 인산화
광합성의 가벼운 단계는 미토콘드리아 크리스타에서 발생하는 세포 호흡-산화 적 인산화 단계와 비교할 수 있습니다. 거기에서도 ATP 합성은 캐리어 사슬을 따라 전자와 양성자의 이동으로 인해 발생합니다. 그러나 광합성의 경우 에너지는 세포의 필요가 아니라 주로 광합성의 어두운 단계의 필요를 위해 ATP에 저장됩니다. 그리고 호흡 중에 유기 물질이 주요 에너지 원으로 작용하면 광합성 중에 햇빛입니다. 광합성 중 ATP 합성을 광인 산화산화 적 인산화보다는
광합성의 어두운 단계
처음으로 광합성의 어두운 단계는 Calvin, Benson, Bassem에 의해 자세히 연구되었습니다. 그들에 의해 발견 된 반응의주기는 나중에 Calvin주기 또는 C 3 광합성이라고 불렀습니다. 식물의 특정 그룹은 해치-슬랙 (Hatch-Slack)주기라고도하는 수정 된 C4 광합성 경로를 가지고 있습니다.
광합성의 어두운 반응에서 CO 2는 고정됩니다. 어두운 단계는 엽록체 기질에서 발생합니다.
CO2의 감소는 ATP의 에너지와 빛의 반응으로 형성된 NADP · H 2의 환원력으로 인해 발생합니다. 그것들이 없으면 탄소 고정이 발생하지 않습니다. 따라서 어두운 단계는 빛에 직접적으로 의존하지 않지만 일반적으로 빛에서도 발생합니다.
캘빈주기
어두운 단계의 첫 번째 반응은 CO 2 ( 카르 복 실화이자형)에서 1,5- 리불 레조 비 포스페이트 ( 리불 로스 -1,5-이 인산) – RiBF... 후자는 이중 인산화 된 리보스입니다. 이 반응은 효소 리불 로스 -1,5- 디 포스페이트 카르 복실 라제에 의해 촉진되며, 루비 스코.
카르 복 실화의 결과로 불안정한 6 개의 탄소 화합물이 형성되고 가수 분해의 결과로 2 개의 3 개의 탄소 분자로 분해됩니다 포스 포 글리 세르 산 (FHA) -광합성의 첫 번째 제품. FHA는 포스 포 글리세 레이트라고도합니다.
RuBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK
FHA는 3 개의 탄소 원자를 포함하며 그중 하나는 산성 카르복실기 (-COOH)의 일부입니다.
3 탄당 (글리 세르 알데히드 인산염)은 FHA에서 형성됩니다. 인산 삼당 (TF), 이미 알데히드 그룹 (-CHO) 포함 :
FHA (3 산) → TF (3 당)
이 반응은 ATP의 에너지와 NADP · H 2의 환원력을 소비합니다. TF는 광합성의 첫 번째 탄수화물입니다.
그 후, 대부분의 인산 삼 당질은 리불 로스이 인산 (RuBP)의 재생에 사용되며, 이는 다시 CO 2를 결합하는 데 사용됩니다. 재생에는 3 ~ 7 개의 탄소 원자를 가진 당 인산염과 관련된 일련의 ATP 비용이 많이 드는 반응이 포함됩니다.
이 RuBF주기는 캘빈주기의 본질입니다.
그 안에 형성된 TF의 작은 부분은 캘빈 사이클을 떠납니다. 6 개의 결합 된 이산화탄소 분자의 관점에서, 수율은 2 개의 인산 삼 당질 분자입니다. 입력 및 출력 제품과 사이클의 전체 반응 :
6CO 2 + 6H 2 O → 2ТФ
이 경우 6 개의 RuBP 분자가 결합에 참여하고 12 개의 FHA 분자가 형성되어 12 개의 TF로 변환되고, 그중 10 개의 분자가주기에 남아 6 개의 RuBP 분자로 변환됩니다. TF는 3 개의 탄소 당이고 RuBP는 5 개의 탄소 당이므로 탄소 원자와 관련하여 우리는 10 * 3 \u003d 6 * 5. 순환을 제공하는 탄소 원자의 수는 변하지 않으며 필요한 모든 RuBP가 재생됩니다. 그리고 사이클에 포함 된 6 개의 이산화탄소 분자는 사이클을 떠나는 두 분자의 삼중 인산염을 형성하는 데 소비됩니다.
캘빈 사이클의 경우 6 개의 결합 된 CO 2 분자 당 18 개의 ATP 분자와 12 개의 NADPH 2 분자가 소비되며, 이는 광합성의 광상의 반응에서 합성됩니다.
이후에 형성된 포도당 분자는 6 개의 탄소 원자를 포함하기 때문에 사이클을 떠나는 두 개의 인산 삼중 당 분자에 대해 계산이 수행됩니다.
Triose phosphate (TP)는 Calvin주기의 최종 생성물이지만 거의 축적되지 않기 때문에 광합성의 최종 생성물이라고 할 수는 없지만 다른 물질과 반응하여 포도당, 자당, 전분, 지방, 지방산, 아미노산으로 변합니다. TF 외에도 FGK가 중요한 역할을합니다. 그러나 이러한 반응은 광합성 유기체에서만 발생하는 것은 아닙니다. 이런 의미에서 광합성의 어두운 단계는 캘빈주기와 동일합니다.
6 탄당은 단계적 효소 촉매 작용에 의해 FHA로부터 형성됩니다. 과당 -6- 인산이것은 포도당... 식물에서 포도당은 전분과 셀룰로오스로 중합 될 수 있습니다. 탄수화물의 합성은 해당 과정의 역 과정과 유사합니다.
광호흡
산소는 광합성을 억제합니다. 환경에 O 2가 많을수록 CO 2 고정 프로세스의 효율성이 떨어집니다. 사실 효소 리불 로스 바이 포스페이트 카르 복실 라제 (rubisco)는 이산화탄소뿐만 아니라 산소와도 반응 할 수 있습니다. 이 경우 어두운 반응은 다소 다릅니다.
포스 포 글리콜 레이트는 포스 포 글리콜 산입니다. 인산기는 즉시 분리되어 글리콜 산 (글리콜 레이트)으로 변합니다. 산소를 "활용"하려면 다시 산소가 필요합니다. 따라서 대기 중 산소가 많을수록 광호흡을 더 많이 자극하고 식물은 반응 생성물을 제거하기 위해 산소가 더 많이 필요합니다.
광호흡은 산소 소비와 빛에 의존하는 이산화탄소 생성입니다. 즉, 가스 교환은 호흡 중에 발생하지만 엽록체에서 발생하며 광선에 의존합니다. 광호흡은 광합성 중에 만 리불 로스 바이 포스페이트가 형성되기 때문에 빛에만 의존합니다.
광호흡 중에 탄소 원자는 글리콜 레이트에서 포스 포 글리 세르 산 (포스 포 글리세 레이트)의 형태로 캘빈 회로로 되돌아갑니다.
2 글리콜 레이트 (C 2) → 2 글리 옥실 레이트 (C 2) → 2 글리신 (C 2)-CO 2 → 세린 (C 3) → 하이드 록시피 루 베이트 (C 3) → 글리세 레이트 (C 3) → FHA (C 3)
보시다시피 두 개의 글리신 분자가 하나의 세린 아미노산 분자로 전환되고 이산화탄소가 방출되면 하나의 탄소 원자가 손실되기 때문에 반환이 완료되지 않았습니다.
글리콜 레이트를 글리 옥실 레이트로, 글리신을 세린으로 전환하는 단계에서 산소가 필요합니다.
글리콜 레이트가 글리 옥실 레이트로 전환 된 다음 글리신으로의 전환은 미토콘드리아의 세린 합성 인 퍼 옥시 좀에서 발생합니다. Serine은 다시 peroxisomes에 들어가서 먼저 hydroxypyruvate를 생성 한 다음 glycerate를 생성합니다. 글리세 레이트는 이미 엽록체에 들어가 FHA가 합성됩니다.
광호흡은 주로 C 3 유형의 광합성을 가진 식물에서 일반적입니다. 글리콜 레이트를 FHA로 전환하는 데 에너지가 낭비되므로 유해한 것으로 간주 될 수 있습니다. 고대 식물이 대기 중 많은 양의 산소를 수용 할 준비가되지 않았기 때문에 광호흡이 발생한 것 같습니다. 처음에 그들의 진화는 이산화탄소가 풍부한 대기에서 일어 났고, 주로 루비 스코 효소의 반응 중심을 포착 한 것은 바로 그 사람이었습니다.
C 4-광합성, 또는 해치-슬랙 사이클
C3- 광합성에서 어두운 단계의 첫 번째 생성물이 3 개의 탄소 원자를 포함하는 포스 포 글리 세르 산인 경우, C4-way에서 첫 번째 생성물은 말산, 옥 살로 아세트산, 아스파르트 산의 4 개의 탄소 원자를 포함하는 산입니다.
C 4- 광합성은 사탕 수수, 옥수수와 같은 많은 열대 식물에서 관찰됩니다.
C 4-식물은 일산화탄소를 더 효율적으로 흡수하며, 광호흡이 거의 없습니다.
광합성의 어두운 단계가 C 4 경로를 따라 진행되는 식물은 특별한 잎 구조를 가지고 있습니다. 그 안에 전도 묶음은 이중 세포 층으로 둘러싸여 있습니다. 내부 층은 전도 빔의 덮개입니다. 외층은 중간층 세포입니다. 엽록체 세포층은 서로 다릅니다.
중온 성 엽록체는 큰 과립, 광계의 높은 활성, 효소 RuBP 카르 복실 라제 (rubisco) 및 전분의 부재가 특징입니다. 즉, 이러한 세포의 엽록체는 주로 광합성의 가벼운 단계에 적합합니다.
전도 묶음 세포의 엽록체에서 grana는 거의 발달하지 않았지만 RuBP carboxylase의 농도가 높습니다. 이 엽록체는 광합성의 어두운 단계에 적합합니다.
이산화탄소는 먼저 중간 엽 세포로 들어가 유기산과 결합합니다.이 형태는 외피 세포로 운반되고 방출 된 다음 C3 식물에서와 같은 방식으로 결합합니다. 즉, C 4 경로는 C 3을 대체하는 대신 보완합니다.
메소 필에서 CO2는 포스 포에 놀 피루 베이트 (PEP)에 첨가되어 4 개의 탄소 원자를 포함하는 옥 살로 아세테이트 (산)를 형성합니다.
반응은 루비 스코보다 CO2에 더 높은 친 화성을 갖는 효소 PEP- 카르 복실 라제의 참여로 일어난다. 또한 PEP-carboxylase는 산소와 상호 작용하지 않으므로 광호흡에 소비되지 않습니다. 따라서 C 4 광합성의 장점은 이산화탄소의보다 효율적인 고정, 시스 세포의 농도 증가, 결과적으로 광호흡에 거의 소비되지 않는 RiBP 카르 복실 라제의보다 효율적인 작동입니다.
옥 살로 아세테이트는 4- 탄소 디카 르 복실 산 (말 레이트 또는 아스 파르 테이트)으로 전환되며, 이는 전도성 번들의 외장 세포의 엽록체로 운반됩니다. 여기서 산은 탈 카복실 화 (CO 2 제거), 산화 (수소 제거)되고 피루 베이트로 전환됩니다. 수소는 NADP를 감소시킵니다. Pyruvate는 mesophyll로 돌아가고 PEP는 ATP 소비와 함께 재생됩니다.
시스 세포의 엽록체에서 분리 된 CO2는 광합성의 어두운 단계, 즉 캘빈 회로의 일반적인 C3 경로로 이동합니다.
Hatch-Slack 경로를 따라 광합성을하려면 더 많은 에너지가 필요합니다.
C 4 경로는 C 3 경로보다 늦게 진화했으며 여러면에서 광호흡에 대한 적응이라고 믿어집니다.
정의 : 광합성은 빛 속에서 산소를 방출하면서 이산화탄소와 물로부터 유기 물질을 형성하는 과정입니다.
광합성에 대한 간략한 설명광합성 과정에는 다음이 포함됩니다.
1) 엽록체,
3) 이산화탄소,
5) 온도.
고등 식물에서 광합성은 식물 부분도 녹색을 띠는 녹색으로 인해 엽록소 색소를 포함하는 타원형 모양의 색소체 (반 자율 소기관) 인 엽록체에서 발생합니다.
조류에서 엽록소는 색소 포 (안료 함유 및 빛 반사 세포)에 포함되어 있습니다. 햇빛이 잘 닿지 않는 상당한 깊이에 사는 갈조류와 붉은 조류에는 다른 색소가 있습니다.
모든 생물의 먹이 피라미드를 보면 광합성 유기체는 독립 영양 생물 (무기에서 유기물을 합성하는 유기체)의 일부로서 맨 아래에 있습니다. 따라서 그들은 지구상의 모든 생명체를위한 음식의 원천입니다.
광합성 과정에서 산소가 대기로 방출됩니다. 상층 대기에서는 오존이 형성됩니다. 오존 보호막은 거친 자외선으로부터 지구 표면을 보호하여 생명체가 바다에서 육지로 탈출 할 수 있도록합니다.
산소는 식물과 동물의 호흡에 필수적입니다. 포도당이 산소의 참여로 산화되면 미토콘드리아는 포도당이없는 것보다 거의 20 배 더 많은 에너지를 저장합니다. 이것은 음식을 훨씬 더 효율적으로 사용하여 새와 포유류에서 높은 대사율을 초래합니다.
식물의 광합성 과정에 대한 자세한 설명
광합성 진행 :
광합성 과정은 녹색 색소를 포함하는 세포 내 반 자율 세포 기관인 엽록체에 빛이 들어오는 것으로 시작됩니다. 빛의 영향으로 엽록체는 토양에서 물을 소비하여 수소와 산소로 분해합니다.
산소의 일부는 대기로 방출되고 다른 부분은 식물의 산화 과정으로 이동합니다.
설탕은 토양에서 나오는 질소, 황 및 인과 결합하여 녹색 식물이 삶에 필요한 전분, 지방, 단백질, 비타민 및 기타 복합 화합물을 생산합니다.
광합성은 햇빛의 영향으로 가장 잘 이루어 지지만 일부 식물은 인공 조명에 만족할 수 있습니다.
고급 독자를위한 광합성 메커니즘에 대한 복잡한 설명
20 세기 60 년대까지 과학자들은 이산화탄소를 고정하는 하나의 메커니즘, 즉 C3 오탄당 인산 경로를 알고있었습니다. 그러나 최근에 호주 과학자 그룹은 일부 식물에서 이산화탄소 감소가 C4- 디카 르 복실 산 순환을 통해 발생한다는 것을 증명할 수있었습니다.
C3 반응이있는 식물에서 광합성은 주로 숲과 어두운 곳에서 적당한 온도와 빛의 조건에서 가장 활발하게 발생합니다. 이러한 식물에는 거의 모든 재배 식물과 대부분의 야채가 포함됩니다. 그들은 인간 식단의 기초를 형성합니다.
C4 반응이있는 식물에서 광합성은 고온 및 조명 조건에서 가장 활발하게 발생합니다. 이러한 식물에는 예를 들어 옥수수, 수수 및 사탕 수수가 포함되며, 이는 따뜻하고 열대 기후에서 자랍니다.
식물 자체의 신진 대사는 물 저장을위한 특수 조직이있는 일부 식물에서 이산화탄소가 유기산 형태로 축적되고 하루 만에 탄수화물로 고정된다는 것을 알 수 있었을 때 아주 최근에 발견되었습니다. 이 메커니즘은 식물이 물 공급을 보존하는 데 도움이됩니다.
광합성이 일어나는 방법
식물은 엽록소라는 녹색 물질로 빛을 흡수합니다. 엽록소는 줄기 나 과일에서 발견되는 엽록체에서 발견됩니다. 그들은 매우 평평한 구조로 인해 잎이 많은 빛을 끌어들일 수 있고 따라서 광합성 과정을 위해 훨씬 더 많은 에너지를받을 수 있기 때문에 특히 잎에 풍부합니다.
흡수 후 엽록소는 흥분 상태에 있으며 식물의 다른 분자, 특히 광합성에 직접 관련된 분자로 에너지를 전달합니다. 광합성 과정의 두 번째 단계는 빛의 의무적 참여없이 발생하며 공기와 물에서 얻은 이산화탄소의 참여로 화학 결합을 얻는 것으로 구성됩니다. 이 단계에서 전분과 포도당과 같이 생명 활동에 매우 유용한 다양한 물질이 합성됩니다.
이 유기 물질은 식물 자체에서 다양한 부분을 공급하고 정상적인 생활을 유지하는 데 사용됩니다. 또한 이러한 물질은 동물이 식물을 먹여 얻습니다. 사람들은 또한 동물 및 식물 기원의 음식을 먹음으로써 이러한 물질을 얻습니다.
광합성 조건
광합성은 인공 조명과 햇빛의 영향으로 발생할 수 있습니다. 일반적으로 식물은 필요한 햇빛이 많은 봄-여름 기간에 집중적으로 작동합니다. 가을에는 빛이 적고 낮이 짧아지고 잎이 먼저 노랗게 변한 다음 떨어집니다. 그러나 따뜻한 봄 햇살이 나타나 자마자 녹색 잎이 다시 나타나고 녹색 "공장"이 다시 작업을 재개하여 생명에 필요한 산소와 다른 많은 영양소를 제공합니다.
광합성의 대체 정의
광합성 (고대 그리스 광과 합성-연결, 접힘, 결합, 합성)-광합성 색소 (식물의 엽록소, 박테리아의 엽록소 및 박테리오로돕신)의 참여로 광자가 영양 생물에 의해 빛의 유기 물질의 화학 결합 에너지로 빛 에너지를 변환하는 과정 ). 현대 식물 생리학에서 광합성은 이산화탄소를 유기 물질로 변환하는 것을 포함하여 다양한 엔더 고닉 반응에서 빛 양자의 에너지를 흡수, 변환 및 사용하는 일련의 과정 인 광 독립 영양 기능으로 더 자주 이해됩니다.
광합성 단계
광합성은 다소 복잡한 과정이며 항상 빛과 어둠에서만 발생하는 빛의 두 단계를 포함합니다. 모든 과정은 특수한 작은 기관인 tilakodia의 엽록체 내에서 발생합니다. 광 단계에서 빛의 양자는 엽록소에 흡수되어 ATP 및 NADPH 분자가 형성됩니다. 이 경우 물은 분해되어 수소 이온을 형성하고 산소 분자를 방출합니다. ATP와 NADH라는 이해할 수없는 신비한 물질은 무엇입니까?
ATP는 모든 살아있는 유기체에서 발견되는 특별한 유기 분자이며 종종 "에너지"통화로 불립니다. 고 에너지 결합을 포함하고 신체의 모든 유기 합성 및 화학 과정을위한 에너지 원이되는 것은 바로 이러한 분자입니다. 음, NADPH는 실제로 수소의 원천이며, 이산화탄소를 사용하는 두 번째 어두운 단계에서 발생하는 탄수화물 인 고 분자량 유기 물질의 합성에 직접 사용됩니다.
광합성의 가벼운 단계
엽록체에는 많은 엽록소 분자가 포함되어 있으며 모두 햇빛을 흡수합니다. 동시에 빛은 다른 안료에 흡수되지만 광합성을 할 수는 없습니다. 이 과정 자체는 일부 엽록소 분자에서만 발생하며 그 중 거의 없습니다. 엽록소, 카로티노이드 및 기타 물질의 다른 분자는 특수 안테나와 SSC (Light Harvesting Complex)를 형성합니다. 안테나와 마찬가지로 빛의 양자를 흡수하고 여기를 특수 반응 센터 또는 트랩으로 전송합니다. 이 센터는 광계에 위치해 있으며, 식물에는 광계 II와 광계 I의 두 가지가 있습니다. 이들은 각각 광계 II-P680 및 광계 I-P700에 특수 엽록소 분자를 포함합니다. 그들은 정확히이 파장 (680 및 700 nm)의 빛을 흡수합니다.
이 다이어그램은 광합성의 가벼운 단계에서 모든 것이 어떻게 보이고 일어나는지 명확하게 보여줍니다.
그림에서 엽록소 P680과 P700이있는 두 개의 광계를 볼 수 있습니다. 이 그림은 또한 전자 수송이 발생하는 캐리어를 보여줍니다.
따라서 두 광계의 두 엽록소 분자는 양자의 빛을 흡수하고 여기됩니다. 전자 e- (그림에서 빨간색)는 더 높은 에너지 수준으로 이동합니다.
여기 된 전자는 매우 높은 에너지를 가지고 있으며, 엽록체의 내부 구조 인 틸라코이드의 막에 위치한 특수 캐리어 체인이 끊어져 들어갑니다. 그림은 광계 II, 엽록소 P680에서 전자가 플라 스토 퀴논으로, 광계 I에서 엽록소 P700에서 페레 독신으로 전달된다는 것을 보여줍니다. 엽록소 분자 자체에서 분리 후 전자 대신 양전하를 가진 청색 구멍이 형성됩니다. 무엇을해야합니까?
전자 부족을 보완하기 위해 광계 II의 엽록소 P680 분자는 물에서 전자를받는 반면 수소 이온이 형성됩니다. 또한 대기로 방출되는 산소가 형성되는 것은 물의 분해로 인한 것입니다. 그리고 그림에서 볼 수 있듯이 엽록소 P700 분자는 광계 II의 캐리어 시스템을 통해 전자 부족을 보완합니다.
일반적으로 아무리 어렵더라도 광합성의 광 단계가 진행되는 방식이며, 그 주요 본질은 전자의 전달에 있습니다. 또한 그림에서 전자의 수송과 병행하여 수소 이온 H +가 막을 가로 질러 이동하여 틸라코이드 내부에 축적되는 것을 볼 수 있습니다. 거기에 많은 것이 있기 때문에 그림에서 주황색이며 오른쪽에 표시된 버섯처럼 보이는 특수 커플 링 계수의 도움으로 바깥쪽으로 이동합니다.
결론적으로, 우리는 전자 수송의 최종 단계를 볼 수 있으며, 그 결과 위에서 언급 한 NADH 화합물이 형성됩니다. 그리고 H + 이온의 전달로 인해 에너지 통화가 합성됩니다-ATP (오른쪽 그림 참조).
그래서 광합성의 빛 단계가 완료되고 산소가 대기로 방출되고 ATP와 NADH가 형성됩니다. 무엇 향후 계획? 약속 된 유기농은 어디에 있습니까? 그리고 주로 화학 과정으로 구성된 어두운 단계가옵니다.
광합성의 어두운 단계
어두운 광합성 단계의 경우 필수 구성 요소는 이산화탄소-CO2입니다. 따라서 식물은 대기에서 지속적으로 흡수해야합니다. 이를 위해 잎 표면에 특별한 구조가 있습니다-기공. 열리면 CO2가 잎 내부로 들어가 물에 용해되어 광합성의 가벼운 단계의 반응으로 들어갑니다.
가벼운 단계에서 대부분의 식물에서 CO2는 탄소가 5 개인 유기 화합물 (5 개 탄소 분자의 사슬)에 결합하여 두 분자의 탄소 3 개 화합물 (3- 포스 포 글리 세르 산)을 생성합니다. 때문에 주요 결과는 정확히이 세 가지 탄소 화합물입니다.이 유형의 광합성을하는 식물을 C3 식물이라고합니다.
엽록체에서 추가 합성은 다소 어렵습니다. 결국 포도당, 자당 또는 전분을 미래에 합성 할 수있는 탄소 6 개 화합물이 형성됩니다. 식물은 이러한 유기 물질의 형태로 에너지를 저장합니다. 동시에, 잎의 작은 부분 만이 잎에 남아있어 필요에 사용되는 반면 나머지 탄수화물은 식물 전체를 이동하여 에너지가 가장 필요한 곳 \u200b\u200b(예 : 성장 지점)으로 이동합니다.
광합성 빛의 에너지로 인해 무기물에서 유기물을 합성하는 과정입니다. 압도적 인 대부분의 경우 광합성은 다음과 같은 세포 소기관을 사용하는 식물에 의해 수행됩니다. 엽록체녹색 안료 함유 엽록소.
식물이 유기물을 합성 할 수 없다면 지구상의 거의 모든 유기체는 먹을 것이 없을 것입니다. 동물, 균류 및 많은 박테리아는 무기물로부터 유기물을 합성 할 수 없기 때문입니다. 그들은 기성품 만 흡수하고 더 단순한 것으로 분할하여 복잡한 것을 다시 조립하지만 이미 신체의 특징입니다.
이것은 우리가 광합성과 그 역할에 대해 아주 간략하게 이야기하는 경우입니다. 광합성을 이해하려면 더 많은 말이 필요합니다. 어떤 특정 무기 물질이 사용되며 합성은 어떻게 이루어 집니까?
광합성에는 이산화탄소 (CO2)와 물 (H2O)의 두 가지 무기 물질이 필요합니다. 첫 번째는 주로 기공을 통해 식물의 공중 부분에 의해 공기로부터 흡수됩니다. 물-토양에서 식물의 전도 시스템에 의해 광합성 세포로 전달됩니다. 또한 광합성에는 광자 에너지 (hν)가 필요하지만 물질에 기인 할 수는 없습니다.
전체적으로 광합성은 유기물과 산소 (O2)를 생성합니다. 일반적으로 유기물은 포도당 (C6H12O6)을 의미합니다.
유기 화합물은 대부분 탄소, 수소 및 산소 원자로 구성됩니다. 그들은 이산화탄소와 물에서 발견되는 것들입니다. 그러나 광합성 중에 산소가 방출됩니다. 그 원자는 물에서 가져옵니다.
간략하고 일반적으로 광합성 반응 방정식은 일반적으로 다음과 같이 작성됩니다.
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
그러나이 방정식은 광합성의 본질을 반영하지 않으며 이해할 수있게 만들지 않습니다. 이 방정식은 균형을 이루고 있지만 자유 산소에는 총 12 개의 원자가 있지만 물에서 나온다고 말했고 6 개만 있습니다.
사실 광합성은 두 단계로 진행됩니다. 첫 번째는 빛, 두 번째는 어두운... 이러한 이름은 빛이 빛의 위상에만 필요하고 어두운 위상은 그 존재와 무관하다는 사실에 기인하지만 이것이 어둠 속에 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 밝은 단계는 엽록체 간질의 어두운 단계 인 엽록체 틸라코이드 막에서 발생합니다.
가벼운 단계에서는 CO 2 결합이 발생하지 않습니다. 엽록소 복합체에 의한 태양 에너지 포획, ATP에 저장, NADP를 NADP * H 2로 복원하기위한 에너지 사용뿐입니다. 빛에 의해 여기 된 엽록소로부터 에너지의 흐름은 틸라코이드 막에 내장 된 효소의 전자 수송 사슬을 따라 전달되는 전자에 의해 제공됩니다.
NADP의 수소는 햇빛의 영향으로 산소 원자, 수소 양성자 및 전자로 분해되는 물에서 가져옵니다. 이 과정을 광분해... 물의 산소는 광합성에 필요하지 않습니다. 두 물 분자의 산소 원자가 결합하여 분자 산소를 형성합니다. 광합성의 광 단계에 대한 반응식은 다음과 같이 간략하게 설명됩니다.
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
따라서 광합성의 가벼운 단계에서 산소가 방출됩니다. 하나의 물 분자의 광분 해당 ADP와 인산으로부터 합성되는 ATP 분자의 수는 1 개 또는 2 개로 다를 수 있습니다.
따라서 ATP와 NADP * H 2는 밝은 단계에서 어두운 단계로 나옵니다. 여기서 첫 번째의 에너지와 두 번째의 환원력은 이산화탄소 결합에 소비됩니다. 이 광합성 단계는 6 개의 CO 2 분자가 NADP * H 2 분자에서 방출 된 수소와 결합하여 포도당을 형성하는 방식으로 진행되지 않기 때문에 간단하고 간단하게 설명 할 수 없습니다.
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(반응은 ADP와 인산으로 분해되는 에너지 ATP의 소비로 진행됩니다).
위의 반응은 이해를 돕기위한 단순화 일뿐입니다. 사실, 이산화탄소 분자는 한 번에 하나씩 결합하여 기성품 인 5 탄소 유기물에 붙습니다. 불안정한 6 탄소 유기물이 형성되어 3 탄소 탄수화물 분자로 분해됩니다. 이들 분자 중 일부는 CO 2 결합을위한 원래의 탄소 5 개 물질의 재 합성에 사용됩니다. 이러한 재 합성이 제공됩니다. 캘빈주기... 탄소가 3 개인 탄수화물 분자 중 소수는 순환을 떠납니다. 이미 그들과 다른 물질로부터 다른 모든 유기 물질 (탄수화물, 지방, 단백질)이 합성됩니다.
즉, 실제로 포도당이 아닌 3 개의 탄소 당이 광합성의 어두운 단계에서 방출됩니다.
