광합성

광합성

식물은 물과 이산화탄소 같은 무기질로 설탕을 만들 수 있다.

생물학

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관련 엑스트라

장면

광합성의 원칙

  • CO₂ - 무기물 분자인데 식물은 이를 사용하여 유기 분자, 구체적으로 설탕을 만든다. 식물은 독립 영양 생물인데 무기질을 유기질로 바꾸는 능력이 있다. 유기영양생물 (동물과 균류)는 이것을 할 수 없다.
  • O₂ - 광합성 때에 부산물로서 생긴다. 지구에서는, 유기영양생물이 필요한 산소는 광합성에 의해 만들어진다.
  • - 이의 분자들은 광자라고 한다. 식물은 광자의 에너지를 무기질 CO₂에서 유기 선탕을 만드는 데에 사용한다.
  • C₆H₁₂O₆ - 포도당 (덱스트로오스라고도 한다). 식물은 광의 에너지를 써서 이산과탄소로부터 만들어진다.
  • H₂O - 식물은 땅속으로부터 흡수한다. 광합성 동안, 이의 분자들은 산소, 양자 (H⁺), 전자(e⁻)로 분배된다.

잎 구조

  • 유관속: 목질부 - 물과 무기염을 나른다. 광합성 동안, 이의 분자들은 산소, 양자 (H⁺), 전자(e⁻)로 분배된다.
  • 유관속: 체관부 - 물에서 녹은 유기질을 나른다. 광합성 때 만든 설탕은 체관부에 의하여 식물의 다른 부분으로 전달된다.
  • 기공 - 동화 조직에서 일어나는 광합성에 필요한 CO₂는 이를 통해 잎 속으로 들어가며 만들어진 산소는 또 이를 통해 나간다. 식물들은 증발 때문에 건조해지지 않도록 이 구멍을 닫을 수 있다.
  • 동화 조직 - 이의 세포는 많은 엽록체를 속한다. 엽록체에서는 광합성이 일어난다. 위층은 수직으로 길어진 세포로 구성되었고 저층은 스펀지 같은 질감을 가지고 있다.
  • 표피 - 세포 층이 하나 있다. 이의 세포는 (기공의 경계 세포를 제외하고) 엽록체를 속하지 않는다. 식물을 지키며 기공을 통하여 환경과 관계를 유지하는 역할이 있다.

광합성

  • 유관속: 목질부 - 물과 무기염을 나른다. 광합성 동안, 이의 분자들은 산소, 양자 (H⁺), 전자(e⁻)로 분배된다.
  • 유관속: 체관부 - 물에서 녹은 유기질을 나른다. 광합성 때 만든 설탕은 체관부에 의하여 식물의 다른 부분으로 전달된다.
  • 기공 - 동화 조직에서 일어나는 광합성에 필요한 CO₂는 이를 통해 잎 속으로 들어가며 만들어진 산소는 또 이를 통해 나간다. 식물들은 증발 때문에 건조해지지 않도록 이 구멍을 닫을 수 있다.
  • 엽육 세포 - 대량의 엽록체를 속한다. 이 엽록체는 광합성이 일어난다.
  • CO₂ - 무기물 분자인데 식물은 이를 사용하여 유기 분자, 구체적으로 설탕을 만든다. 식물은 독립 영양 생물인데 무기질을 유기질로 바꾸는 능력이 있다. 유기영양생물 (동물과 균류)는 이것을 할 수 없다.
  • O₂ - 광합성 때에 부산물로서 생긴다. 지구에서는, 유기영양생물이 필요한 산소는 광합성에 의해 만들어진다.
  • - 이의 분자들은 광자라고 한다. 식물은 광자의 에너지를 무기질 CO₂에서 유기 선탕을 만드는 데에 사용한다.
  • C₆H₁₂O₆ - 포도당 (덱스트로오스라고도 한다). 식물은 광의 에너지를 써서 이산과탄소로부터 만들어진다.
  • H₂O - 식물은 땅속으로부터 흡수한다. 광합성 동안, 이의 분자들은 산소, 양자 (H⁺), 전자(e⁻)로 분배된다.

세포

  • 골지체 - 단백질을 처리하는 데에 중요한 역할이 있다.
  • 소포체 - 세포 안의, 막소포의 복작한 상호 연결망이다. 단백질 합성, 단백질 작용, 지질 합성, 또한 여러 물질을 나눠 부수하는 데에 역할을 한다.
  • 소낭 - 세포 안의 물질은 막 거품을 통하여 전송된다. 소낭의 한 종류는 리소좀인데 여기는 여러 물질이 소화되고 폐기물이 나눠져 부수된다.
  • 세포질
  • 공포 - 세포 안의 빈 부분인데 핵액으로 채워 있다. 내부 정수압 (팽압)을 유지하는 데에 중요한 역할이 있으며 무기물을 저장하고 폐기물을 제거한다.
  • 엽록체 - 광합성은 여기에서 일어난다. 식물은 일광의 에너지를 써서 이산화탄소로부터 설탕을 만든다.
  • 세포벽 - 섬유소로 구성되었으며 보호하고 세포 형상을 유지하고 조직을 단단하게 하는 기능이 있다.
  • - 염색질 (크로마틴), 즉 DNA하고 단백질의 조합으로 구성되었다. 동물, 식물과 균류의 세포는 진핵생물인데 핵이 있다는 뜻이다. 전핵생물 (예를 들어 세균)은 핵이 없고 그의 DNA를 세포질에서 찾을 수 있다.
  • 세포막 - 세포를 덮고 있는 지질막이다.
  • 세포 골격 - 위치 잡이, 또한 소낭과 세포기관의 움직임에 역할을 한다. 또, 세포벽이 없는 동물 세포에게 구조와 모양을 제공한다.
  • 미토콘드리아 - 세포의 소위 발전소다. 생체분자를 나누면서 ATP를 생산한다. ATP는 세포 안에서 에너지 전달을 수행한다.

광반응의 단계

  • 엽록체 - 일광의 에너지를 써서 이산화탄소로부터 설탕을 생산하는 과정, 즉 광합성은 여기에서 일어난다. 이중막이 있는데 내막은 광합성에 필요한 효소를 속한다.
  • 내막 - 틸라코이드 원반은 이 막의 함입에 의하여 생긴다. 광합성의 광반응 당계에 중요한 효소를 속한다. 틸라코이드 원반은 그라나라고 하는 무더기를 형성한다.
  • 세입자
  • 틸라코이드
  • 매트릭스
  • 틸라코이드막 - 광합성의 광반응 단계에 주요한 효소를 속한다.
  • 틸라코이드 공간 (루멘)
  • 광계 2 - 담백질과 광을 흡수하는 색소들로 구성되었다. 흡수는 최대 680 nm다. 색소는 엽록소 a, 엽록소 b, 또한 엽황소다. 반응 센터에 있는 중앙 색소는 엽록소 a다. 엽록소 a는 광자를 흡수할 때 자극된 상태가 되니 전자를 내며 그 전자는 전자 전달계에 들어간다.
  • 광계 1 - 담백질과 광을 흡수하는 색소들로 구성되었다. 흡수는 최대 700 nm다. 색소는 엽록소 a, 엽록소 b, 또한 카로틴이다. 반응 센터에 있는 중앙 색소는 엽록소 a다. 엽록소 a는 광자를 흡수할 때 자극된 상태가 되니 전자를 낸다. 광계 I은 이 전자를 전자 전달계에서 받아들인 한 전자로 대신한다.
  • e⁻
  • H₂O - 식물은 땅속으로부터 흡수한다. 광합성 동안, 이의 분자들은 산소, 양자 (H⁺), 전자(e⁻)로 분배된다.
  • O
  • H⁺
  • O₂ - 광합성 때에 부산물로서 생긴다. 지구에서는, 유기영양생물이 필요한 산소는 광합성에 의해 만들어진다.
  • PQ - 플라스토퀴논. 광계 II에 의하여 분출된 전자들을 사이토크롬 콤플렉스로 나른다.
  • cit - 사이토크롬 콤플렉스. 철 함유 단백질을 속한다. 플라스토퀴논에게서 전자를 받아 플라스토시아닌에게 전달한다. 그러면서 막을 통해 틸라코이드 내부로 수소화 이온을 퍼낸다.
  • PC - 플라스토시아닌. 사이토크롬 콤플렉스에게서 전자를 받아 광계I로 전달한다.
  • Fd - 페레독신. 광계I에게서 전자를 받아 FNR 분자로 전달한다.
  • FNR - 페레독신NADP+환원효소. 페레독신과 NADP 간에 전자를 전달한다. 즉, NADP를 감소시킨다.
  • 인산염
  • ADP
  • ATP - ADP와 인산염의 결합으로써 형성된다. 세포의 주요 에너지 공급이다. ATP를 사용하여 무기질 이산화탄소로부터 유기 설탕이 만들어진다.
  • NADP - FNR에게서 전자(e⁻)를 받고 ATP아제를 통화하는 양자(H⁺)를 받으니 NADPH로 감소된다.
  • NADPH
  • ATP아제 - ATP를 생산하는 효소 단백질이다. 양자들(H⁺ 이온들)은 틸라코이드막 내부에서 ATP아제를 통해 외부로 흐른다. 이의 원인은 높은 양자 농도, 또한 양전하의 과도다. ATP아제를 통하면서 ATP 생산에 쓰이는 에너지가 방출된다.
  • 전자 전달 연쇄계 - 광계II에 의해 여기된 전자(e⁻)들은 전자 전달 연쇄계를 통하여 광계I로 흐른다. 그러면서 양자들은 막을 통과하고 틸라코이드 안에서 쌓인다.
  • H⁺ 이온을 물어내는 추진력

암반응의 단계

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - 5 카본 설탕분자 (오탄당2인산).
  • CO₂ - 이산화탄소는 무기질 분자다. 식물은 이것으로 유기 설탕을 만들 수 있다. 오탄당의 탄소원자를 증가시킨다. 탄소고정을 촉진시키는 효소(RuBisCo)는 암반응의 주요 효소다.
  • 3C
  • 3C - 세 탄소원자를 속하는 분자. (펜토오스 인산염)
  • 6C (포도당) - 광합성의 생산물인데 5카본 설탕분자와 한 탄소원자를 속하는 무기질 이산화탄소분자로 만들어졌다. 식물은 탄수화물 통합을 위해 이후의 대사 과정 때, 또한 ATP 생산을 위해 소화작용 때 포도당을 사용한다.
  • CO₂ 고정, 글리세린산-3-인산염 형성 - 암반응의 단계의 주요 반응이다. 여기는 무기질 이산화탄소 분자가 유기 설탕 분자에 통합된다. 자가 영양 과정의 본질은 무기질로부터 유기질이 형성되는 것이다. 각 분자의 탄소원자 수는 5에서 6로 증가하며 반응의 결과로서는 두 개의 3탄소 글리세린산3-인산이 생긴다. 이 반응의 촉매는 RuBisCO효소다.
  • 글리세린산-1,3-인산염 형성 - 3탄소 글리세린산3-인산 분자는 ATP를 써서 글리세린산-1,3-이인산염으로 바뀐다.
  • 글리세르알데히드-3-인산염 형성 - 3탄소 글리세린산-1,3-이인산염 분자는 3탄소 글리세르알데히드 3-인산 분자로 병환된다. 이 반응은 NADPH를 사용한다. 분자는 무기질 인산염을 방출한다. (이것은 애니메이션에서 안 보이게 되었다.)
  • 글리세르알데히드-3-인산염을 순환에서 벗겨 주기 - 여섯 개의 글리세르알데히드 3-인산 중에서 하나는 순환에서 나가 세포는 포도당을 생산하는 데에 사용할 것이다.
  • 리불로오스-1,5-2인산 형성 - 여러 단계를 통하여, ATP를 써서, 효소가 반응에 촉매 작용을 하면서 3탄소 글리세르알데히드 3-인산 분자들은 5탄소 리불로오스-1,5-이인산염 (오탄당-이인산염)으로 변환된다. 이 단계는 리불로오스-1,5-이인산염 재생이라고도 불린다. 순환은 다시 시작된다.

인공 잎

  • 질화물 반도체 - 싸고 널리 쓰인 반도체다. 광의 에너지를 써서 물을 분배한다. 이는 광합성의 광반응 단계와 같다.
  • 금속 촉매 - 이산화탄소의 감소에 촉매 작용을 한다. 광합성의 암반응 단계와 같다. 이산화탄소로부터 유기질, 즉 개미산을 만든다.
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (포름산)

애니메이션

내레이션

광합성 동안, 식물은 광에너지를 사용해 무기물, 즉 이산화탄소로부터 유기재, 포도당을 만든다. 산소도 같은 과정의 결과다.

광합성은 식물의 녹색부분, 즉 , 또한 자주 부드러운 줄기에서 일어난다. 식물의 녹색의 원인은 동화 조직의 세포에 있는 대량의 엽록체다. 광합성은 구체적으로 이 엽록체에서 일어난다.

역록체는 이중막이 있다. 내막은 원반 모양인 틸라코이드를 형성한다. 틸라코이드는 서로 위로 쌓여 그라나라고 하는 막 구조가 된다. 틸라코이드막은 광합성의 광반응 단계를 위한 주요 효소를 속한다.

이 중에서는 두 광계, 또한 그들 사이에 있는 전자 전달 연쇄계가 제일 중요하다. 광계들은 빛을 흡수하는, 단백질 경계 색소를 속하는데 그 중에서도 엽록소는 제일 중요하다. 광계 II중앙 엽록소 A 분자는 광자에 의해 자극되고 전자내보낸다. 전자는 전자 전달계에 들어간다.
산화 전자 부족 엽록소는 없어진 전자를 분자로 대신한다. 그러므로 분해된다. 물 분자의 산소 원자산소 분자를 형성하면서 양자는 막 중심에서 쌓인다.
전자 전달 연쇄계의 첫째 구성원은 플라스토퀴논인데 이는 전자를 사이토크롬 콤플렉스로 전달한다. 시토크롬은 철 함유 단백질인데 전자를 플라스토시아닌으로 전송하면서 틸라코이드 내부로 더 많은 양자를 퍼낸다.
전자는 전자 전달 연쇄계에서 광계I로 전달된다. 광계I의 중앙 클로로필 분자전자 부족 상태다. 이전에 관자에게서 자극을 받아 전자를 내보냈기 때문이다. 다음으로, 전자는 페레독신 분자에 의하여 페레독신-NADP+환원효소로 전송된다.
광반응 단계 때, 양자에서 쌓이니까 틸라코이드 내부의 양자 농도증가하므로 양전하로 하전된다. 이의 결과는 외부 추진력이다. 농도와 전화 균등화로 인해 체계는 고에너지 상태에서 저 에너지 상태로 바뀌기 때문에 양자는 ATP아제를 통해 외부로 나가면서 에너지가 방출된다. 이 에너지는 ATP 생산 때 쓰인다. 또, 방출된 전자와 양자는 NADP가 받아들이고 NADPH로 바꾼다.
요약해서 말하면 광자의 에너지양자불균형 분포를 일으킨다. 이의 결과는 추진력인데 ATP 생산 때 쓰인다.

암반응은 빛과 관계가 없다. 이 단계 동안, 광반응 단계 때 생산된 NADPH의 수소이온과 ATP의 에너지를 사용하여 이산화탄소는 유기 화합물에 통합된다.
3개의 5 카본 설탕분자를 써서 시작해 봅시다. 모두 합해서 탄소원자15 개가 있다. 한 효소 단백질은 각 설탕분자에 한 이산화탄소 분자를 결합시킨다. 그러면서 생산물은 나눠져 6 개의 삼탄소분자가 형성된다. 탄소원자는 다 18 개가 있다. 다음으로, 한 NADPH, 또한 한 ATP를 써서 6 개의 글리르알데히드-3-인산이 형성된다. 이들 중에서 하나순환에서 나가는 동안 다른 분자들은 3 개의 ATP를 사용하여 다시 3 개의 5 카본 설탕분자로 바뀐다. 이때, 순환은 또 시작된다.
요약해서, 이 순환에서는 광반응 단계 때 생산된 ATPNADPH를 사용해 하나의 삼산소 분자가 만들어진다. 두 순환 동안 두 개의 산삼소 분자가 생기는데 서로 붙여 한 육산소 포도당분자를 형성한다. 이렇게 생산된 포도당은 식물이 탄수화물 통합을 위해 이후의 대사 과정 때, 또한 ATP 생산을 위해 소화작용 때 사용할 것이다.

광합성을 모방하기 위해 인공계를 생산하도록 실험은 수행되었다. 인공 잎의 경우, 광반응과 암반응은 별도의 도관에서 발생한다. 광반응은 질화물 반도체에서 발생하는데 이는 빛에 노출되었으면 분배한다. 산소는 거품으로서 분출되면서 전자양자들은 다른 도관으로 전송된다. 이 도관은 암반응의 곳이다. 여기는 이산화탄소로부터 개미산을 만들기 위해 금속 촉매가 쓰인다. 이 체계는 일광의 에너지를 사용하는 것을 가능하게 하며 대기이산화탄소함량을 감소시키는 데에도 도움이 될 수 있다. 그러므로 온실 효과, 또한 지구온난화도 감소시킬 수 있을 것이다.

관련 엑스트라

산소 순환

생물들에게 불가피한 산소는 끊임없이 순환을 따르고 있다.

온실 효과

인간활동은 온실 효과의 크기를 증가시키니 지구 온난화를 유발한다.

엽록소

엽록소는 식물에 감광성의 녹색 안료인데 빛 에너지를 흡수하므로 광합성에 주요 역할을 한다.

동물세포 및 식물세포, 세포 기관

진핵세포는 여러 세포기관을 속한다.

효소의 작동

효소는 단백질 분자인데 생화학적 반응을 촉진시킨다. 이 작동은 교정되기도 가능하다.

대기 오염

대기 오염의 주요 원인을 소개하는 애니메이션이다: 농업적, 산업적, 또한 도시에서 발생하는 공기 오염이다.

수송 과정

이 애니메이션은 세포막에서 일어나는 능동수송, 또한 수동수송을 소개한다.

씨와 발아

쌍떡잎식물은 자엽이 둘, 단자엽 식물은 자엽이 하나 있다.

생장 식물의 기관들

이 기관들은 식물에게 생존 및 성장을 위해 필수적이다.

잎의 해부

잎의 주요 종류, 또한 단자엽과 쌍떡잎의 차이를 알아봅시다.

니쉐

생태학에서는 니쉐란 한 종의 생활 방식을 묘사하는 개념이다.

탄소의 순환

탄소는 광합성 동안 유기질과 묶이는데 숨을 쉴 때에는 대기로 방출된다.

일반적인 꽃의 구조를 살펴봅시다.

태양

태양의 지름은 지구의 지름보다 109배다. 대부분의 질량은 수소로 구성되었다.

삼림 벌채

삼림 벌채는 환경에 나쁜 영향을 미쳐 버린다.

아메바 프로테우스

널리 퍼진 종속 영양성의 단세포 생물인데 모양을 계속 바꾼다.

표면 장력

표면 장력은 액체의 성질인데 가능한 한 작은 표면을 얻는 것을 가능하게 한다.

산소 (O₂) (중급)

색깔과 냄새가 없고 대기를 구성하는 중요한 것인데 지구 생명체를 유지하는 데 없어서는 안 된다.

ADP, ATP

ATP는 세포의 주요 에너지원이다.

단자엽과 쌍자엽의 비교

속씨식물들의 두 종류는 단자엽과 쌍자엽이다.

유글레나 비리디스

민물에서 사는 단세포의 진핵생물인데 종속 영양과 독립 영양 채이가 가능하다.

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