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광합성은 식물, 조류 및 남세균이 수행하는 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 과정입니다.

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광합성이라는 단어는 빛에 의한 합성을 의미하며 지구상에서 가장 중요한 생물학적 과정 중 하나를 나타냅니다. 광합성은 산소를 방출하고 이산화탄소를 소비함으로써 오늘날 우리가 알고 있는 거주 가능한 환경으로 세상을 변화시켰습니다. 또한, 그 과정은 모든 생물의 주요 에너지원입니다.

1779년 네덜란드의 물리학자 Jan Ingenhousz는 식물이 햇빛이 있는 곳에서 산소를 생산한다는 사실을 처음 발견했으며 광합성의 발견자로 간주되었습니다. 1782년 Jean Senebier는 햇빛 외에도 광합성은 이산화탄소를 사용한다고 덧붙였습니다. 1818년 Maria Pelletier와 Joseph Caventou는 광합성을 가능하게 하는 광수용체 효소가 부여된 녹색 색소를 지칭하기 위해 "엽록소"라는 용어를 만들었습니다.

광합성이란 무엇인가

광합성은 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 과정으로 정의할 수 있습니다. 식물, 조류 및 남조류에 의해 수행되며, 이들은 빛으로부터 스스로 양분을 생산할 수 있기 때문에 독립영양 유기체 및 광합성 유기체로 분류됩니다.

광합성의 중요성

광합성 유기체에 의해 생성된 산소는 우리가 알고 있는 지구상의 생명 유지에 필수적입니다. 또한 광합성으로 생성된 제품은 석유, 천연 가스, 셀룰로오스, 숯, 장작과 같은 자원을 발생시켜 인류의 물질 역사를 형성했습니다. 이러한 자원은 햇빛을 에너지 매장량으로 변환(광합성)한 후 다른 지질학적 및 기술적 과정의 결과로 존재합니다.

광합성 방정식

광합성은 다음 방정식으로 광범위하게 요약될 수 있는 길고 복잡한 과정입니다.

• 6CO2 +12H2O + 빛 → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

광합성이 일어나는 곳

식물과 조류에서 광합성은 엽록체 내부에서 일어납니다. 남조류에서는 세포질의 액체 부분에 존재하는 막성 라멜라로 수행됩니다.

엽록체는 외막과 내막이 있는 소기관입니다. 내부에는 틸라코이드라는 작은 주머니와 연결된 막질의 라멜라가 있습니다. 내부 공간은 DNA, 리보솜 및 광합성 과정을 돕는 효소를 포함하는 점성 유체인 기질로 채워져 있습니다. 엽록소가 발견되는 것은 이 틸라코이드와 라멜라 내에 있습니다.

광합성 단계

광합성은 광화학 단계와 화학 단계의 두 단계로 나눌 수 있습니다.

광화학적 단계는 빛이 있을 때만 발생하며 틸라코이드와 막판에서 발생합니다. 주요 기능은 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 것입니다. 물의 광분해와 광인산화의 두 가지 주요 과정으로 구성됩니다.

화학 단계는 빛에 의존하지 않으며 엽록체의 다른 부분인 기질에서 수행됩니다. 그것에서, 이전 단계인 광화학의 산물은 대기 CO2와 결합하여 소위 캘빈-벤슨 사이클에서 포도당, 물 및 전분을 생성합니다.

광화학 상

물 광분해

물의 광분해는 광합성의 첫 번째 단계이며 받은 빛 에너지가 물 분자의 분해를 촉진하여 산소, 전자 및 H+ 가스를 생성하는 순간입니다. 기체 산소는 대기로 방출되고 자유 수소 분자(H+)는 NADP+라고 하는 화합물에 끌어당겨 NADPH를 생성하며, 이는 화학 단계에서 포도당 분자를 만드는 데 사용됩니다.

• H2O ⇾ 2H+ + 2개의 전자 + ½ O2
• NADP+ + H+⇾ NADPH

광인산화

광인산화에서 무기 인산염(Pi)이 ADP 분자(아데노신 2인산)에 첨가되어 빛 에너지를 사용하여 ATP가 형성됩니다. ATP 분자는 생명체가 합성하는 화학 에너지의 주요 형태를 구성합니다. 이 광인산화 단계는 물의 광분해와 병행하여 발생하며 각각은 다음 광합성 단계에서 사용될 생성물을 생성합니다.

이 단계는 ADP + Pi ⇾ ATP 공식으로 표시됩니다.

화학상

광합성의 마지막 단계는 환경이나 식물의 세포 호흡에서 나오는 이산화탄소가 사용되는 화학 단계이며 이전 단계에서 생성된 두 가지 화합물인 ATP와 NADPH가 사용됩니다. 이 단계에서 포도당, 물 및 전분을 생성하는 일련의 반응인 소위 캘빈-벤슨 사이클이 발생합니다.

결론

광합성은 위에서 설명한 두 단계, 즉 광화학 단계와 화학 단계를 결합한 결과입니다. 지구상의 모든 생명체는 광합성에 의해 생성된 산물인 산소와 포도당에 어떤 식으로든 의존합니다. 또한 광합성은 대기 조성의 균형에 기본입니다.