광합성 이란? : 정의와 방정식

광합성 개요

광합성(Photosynthesis)은 광영양체가 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하고 나중에 세포 활동에 연료를 공급하는 데 사용되는 과정으로 화학 에너지는 물과 이산화탄소에서 생성되는 당의 형태로 저장됩니다.

 

광합성 정의에 따르면 이 과정은 엽록소a(chlorophyll a), 엽록소b(chlorophyll b), 카로틴(carotene) 및 크산토필(xanthophyll)과 같은 광합성 색소(photosynthetic pigment)를 통해 엽록체(chloroplast)에서 독점적으로 발생합니다.

 

모든 녹색 식물과 몇몇 다른 독립영양 유기체는 이산화탄소, 물 및 햇빛을 사용하여 영양분을 합성하기 위해 광합성을 이용합니다. 광합성 과정의 부산물은 산소입니다. 오늘은 광합성이란 무엇인지 살펴보겠습니다.

 

광합성이란 무엇입니까?

광합성이라는 단어는 그리스어 phōs와 σύνθεσις 에서 파생된 단어이며 Phōs 는 '빛'을 의미하고 σύνθεσις 는 '함께 결합'을 의미합니다. 이것은 '빛의 도움으로 함께 결합' 을 의미 합니다.

 

광합성은 녹색 식물 이외의 다른 유기체에도 적용됩니다. 여기에는 시아노박테리아, 보라색 박테리아 및 녹색 유황 박테리아와 같은 여러 원핵생물이 포함됩니다. 이 유기체는 녹색 식물처럼 광합성을 나타냅니다. 광합성 중에 생성된 포도당은 다양한 세포 활동에 연료를 공급하는 데 사용됩니다. 이 물리 화학적 과정의 부산물은 산소입니다.

 

광합성 반응

 

• 광합성은 또한 *조류(algae)가 태양 에너지를 화학 에너지로 변환하는 데 사용됩니다. 산소는 부산물로 방출되며 빛은 광합성 과정을 완료하는 주요 요소로 간주됩니다.

 

*조류藻類, algae
토양, 물 속 등에 서식하며 엽록소 등의 색소를 통해 광에너지를 이용해 이산화탄소를 고정하는 광합성 무기영양생물이며, 질소 원으로 암모니아, 질산 등의 무기태 질소를 이용한다. 종류에는 녹조, 규조, 갈조, 홍조, 황녹색조, 황색편모조, 갈색편모조, 와편모조, 연두벌레 등이 있다. [출처 : 네이버 지식백과]

 

• 광합성은 식물이 빛 에너지를 사용하여 이산화탄소와 물을 포도당과 산소로 전환할 때 발생합니다. 잎에는 엽록체로 알려진 미세한 세포 소기관이 있습니다.

 

• 각 엽록체(chloroplast)에는 엽록소(chlorophyll)라고 하는 녹색 색소가 들어 있습니다. 빛 에너지는 엽록소 분자에 의해 흡수되는 반면 이산화탄소와 산소는 잎의 표피에 있는 기공의 작은 구멍을 통해 들어갑니다.

 

• 광합성의 또 다른 부산물은 포도당 및 과당과 같은 당입니다.

 

• 이 당은 그런 다음 뿌리, 줄기, 잎, 과일, 꽃 및 씨앗으로 보내집니다. 즉, 이러한 당은 식물이 성장하는 데 도움이 되는 에너지원으로 사용됩니다. 이러한 당 분자는 서로 결합하여 셀룰로오스(cellulose) 및 전분(starch)과 같은 더 복잡한 탄수화물(complex carbohydrate)을 형성합니다. 셀룰로오스는 식물 세포벽에 사용되는 구조 재료로 간주됩니다.

 

광합성의 프로세스는 어디에서 발생합니까?

엽록체는 식물과 남조류(blue-green algae의 광합성 부위입니다. 녹색 줄기, 녹색 잎 및 꽃받침을 포함한 식물의 모든 녹색 부분 - 꽃 부분은 엽록체로 구성 - 녹색 색소체(plastid). 이 세포 소기관은 식물 세포에만 존재하며 잎의 *엽육 세포(mesophyll cell) 내에 있습니다.

 

엽육세포, mesophyll cell
엽육세포 엽육세포는 잎의 기본조직계(ground tissue system)를 구성하는 유세포(parenchyma cell)로 많은 수의 엽록체를 함유하고 광합성을 하는 세포이다. [출처 : 네이버 지식백과]

 

광합성에 영향을 미치는 요인

광합성 과정에는 다음과 같은 여러 요소가 필요합니다.

 

• 광도

광도가 증가하면 광합성 속도가 빨라집니다. 반면에 빛의 세기가 낮으면 광합성 속도가 느려집니다.

 

• CO2 농도

이산화탄소 농도가 높을수록 광합성 속도를 높이는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 300~400PPM 범위의 이산화탄소가 광합성에 적합합니다.

 

• 온도

광합성을 효율적으로 수행하려면 25~35°C 사이의 온도 범위를 유지하는 것이 중요합니다.

 

• 물

물은 광합성의 중요한 요소이기 때문에 물이 부족하면 이산화탄소 섭취에 문제가 생길 수 있습니다. 물이 부족하면 내부에 저장된 물의 양을 유지하기 위해 기공이 열리지 않습니다.

 

• 오염

산업 오염 물질 및 기타 미립자가 잎 표면에 침전될 수 있습니다. 이것은 기공의 모공을 막아 이산화탄소를 흡수하기 어렵게 만듭니다.

 

광합성 방정식

광합성 반응은 이산화탄소와 물의 두 가지 반응물을 포함합니다. 이 두 반응물은 두 가지 생성물, 즉 산소와 포도당을 생성합니다. 따라서 광합성 반응은 흡열 반응으로 간주됩니다. 다음은 광합성 공식입니다.

 

광합성 공식

 

식물과 달리 광합성을 수행하는 특정 박테리아(bacteria)는 광합성의 부산물로 산소를 생성하지 않습니다. 이러한 박테리아를 산소발생 광합성 박테리아라고 합니다. 광합성의 부산물로 산소를 생산하는 박테리아를 산소 광합성 박테리아(anoxygenic photosynthetic bacteria)라고 합니다.

 

광합성색소, Photosynthetic Pigment

잎에 존재하는 안료에는 네 가지 유형이 있습니다.

 

• 엽록소 a, Chlorophyll a
• 엽록소 b, Chlorophyll b

• 크산토필, Xanthophyll
• 카로티노이드, Carotenoid

 

엽록소 분자구조

 

엽록소의 구조

엽록소의 구조는 마그네슘 원자를 둘러싸고 있는 4개의 질소 원자로 구성됩니다. 탄화수소 꼬리도 존재합니다. 위 그림은 엽록소 -f 로 엽록소-a 보다 근적외선에 더 효과적입니다.

 

엽록소의 구조

 

엽록소는 식물 세포의 엽록체와 남조류의 중간체에서 발견되는 녹색 색소입니다. 이 녹색 색소는 식물이 햇빛으로부터 에너지를 흡수하도록 하여 광합성 과정에서 중요한 역할을 합니다. 엽록소는 엽록소a 와 엽록소b 의 혼합물입니다. 녹색 식물 외에도 광합성을 수행하는 다른 유기체에는 엽록소 c1, 엽록소 c2, 엽록소 d 및 엽록소 f 와 같은 다양한 형태의 엽록소가 있습니다.