광합성은 어떻게 작동합니까?

식물과 나무가 태양의 빛을 영양 학적으로 바꾸는 광합성 과정 처음에는 마술처럼 보일지 모르지만 직간접 적으로이 과정은 세계. 녹색 식물이 빛에 도달하면 잎사귀는 빛을 흡수하는 화학 물질이나 특수 안료를 사용하여 이산화탄소와 대기에서 끌어온 물로 음식을 만들어 태양 에너지를 포착합니다. 이 과정은 모든 호흡 유기체에 필요한 공기 성분 인 산소를 부산물로 다시 대기로 방출합니다.

TL; DR (너무 김; 읽지 않음)

광합성을위한 간단한 방정식은 이산화탄소 + 물 + 빛 에너지 = 포도당 + 산소입니다. 식물계 내의 독립 체가 광합성 과정에서 이산화탄소를 소비함에 따라 사람들이 숨을 쉴 수 있도록 산소를 대기로 다시 방출합니다. 녹색 나무와 식물 (육상과 바다)은 주로 그들 없이는 동물과 인간뿐만 아니라 다른 생명체도 존재하지 않을 수 있습니다. 오늘 해.

녹색 성장하는 것은 초식 동물과 잡식 동물을위한 음식뿐만 아니라 산소가 호흡하기 위해 지구상의 모든 생명체에 필요합니다. 광합성 과정은 산소가 대기로 들어가는 주요 방법입니다. 태양의 빛 에너지를 포착하여 식물에 영양분을 공급하는 동시에 산소를 방출하는 당과 탄수화물로 바꾸는 것은 지구상에서 유일한 생물학적 수단입니다.

생각해보십시오. 식물과 나무는 본질적으로 우주의 바깥쪽에있는 에너지를 끌어낼 수 있습니다. 햇빛의 형태로, 그것을 음식으로 바꾸고, 그 과정에서 유기체가 필요한 공기를 방출합니다. 잘 자라다. 모든 산소를 생산하는 식물과 나무는 모든 산소를 호흡하는 유기체와 공생 관계를 가지고 있다고 말할 수 있습니다. 인간과 동물은 식물에 이산화탄소를 공급하고 그 대가로 산소를 공급합니다. 생물 학자들은 관계의 모든 당사자가 혜택을 받기 때문에 이것을 상호 공생 관계라고 부릅니다.

린내 분류 체계에서는 모든 생물, 식물, 조류와 시아 노 박테리아라고 불리는 박테리아는 햇빛. 개발을 위해 삼림을 벌채하고 식물을 제거하는 주장은 산소를 생산할 식물과 나무가 남아 있지 않기 때문에 그러한 개발에 살아갈 인간이 남아 있지 않습니다.

식물과 나무는 스스로 먹이를 만드는 생물 인 독립 영양 생물입니다. 그들은 태양의 빛 에너지를 사용하여 이것을하기 때문에 생물 학자들은 그들을 광 독립 영양 생물이라고 부릅니다. 지구상의 대부분의 식물과 나무는 광 독립 영양 생물입니다.

햇빛이 음식으로 전환되는 것은 식물 세포에서 발견되는 세포 기관에있는 식물 잎의 세포 수준에서 발생하며, 이를 엽록체라고합니다. 잎은 여러 층으로 구성되어 있지만 광합성은 중간 층인 중간층에서 발생합니다. 기공이라고 불리는 잎 밑면의 작은 미세 구멍은 식물로 들어가고 나가는 이산화탄소와 산소의 흐름을 제어하여 식물의 가스 교환과 식물의 물 균형을 제어합니다.

Stomata는 수분 손실을 최소화하기 위해 태양을 향하지 않는 잎 바닥에 존재합니다. 기공을 둘러싼 작은 가드 세포는 대기 중의 물의 양에 반응하여 팽창하거나 수축하여 이러한 입 모양의 개구부의 개폐를 제어합니다. 기공이 닫히면 식물이 이산화탄소를 흡수 할 수 없기 때문에 광합성이 일어나지 않습니다. 이로 인해 식물의 이산화탄소 수준이 떨어집니다. 일광 시간이 너무 덥고 건조 해지면 간질이 닫혀 수분을 보존합니다.

엽록체는 식물 잎에서 세포 수준의 세포 기관 또는 구조로서 외부 및 내부 막을 둘러싸고 있습니다. 이 막 내부에는 틸라코이드라고하는 플래터 모양의 구조가 있습니다. 틸라코이드 막은 식물과 나무가 태양의 빛 에너지를 흡수하는 녹색 색소 인 엽록소를 저장하는 곳입니다. 이것은 태양에서 끌어온 에너지를 식물 내로 이동해야하는 곳으로 운반하기 위해 수많은 단백질이 수송 사슬을 구성하는 초기 빛 의존 반응이 일어나는 곳입니다.

광합성 과정은 2 단계 다단계 과정입니다. 광합성의 첫 단계는 가벼운 반응, 일컬어 빛 의존 프로세스 태양의 빛 에너지가 필요합니다. 두 번째 단계는 어두운 반응 무대라고도합니다. 캘빈 사이클, 식물이 빛 반응 단계에서 NADPH와 ATP의 도움으로 설탕을 만드는 과정입니다.

그만큼 가벼운 반응 광합성 단계에는 다음 단계가 포함됩니다.

• 식물이나 나무의 잎을 통해 대기로부터 이산화탄소와 물을 수집합니다.
• 식물이나 나무의 빛을 흡수하는 녹색 안료는 햇빛을 저장된 화학 에너지로 변환합니다.
• 빛에 의해 활성화 된 식물 효소는 새로운 에너지를 방출하기 전에 필요한 곳에 에너지를 전달합니다.
  

이 모든 것은 식물의 틸라코이드, 개별 납작한 주머니, 식물 또는 나무 세포의 엽록체 내부에 그라나 또는 스택으로 배열 된 세포 수준에서 발생합니다.

그만큼 캘빈 사이클, 버클리 생화학 자 멜빈 캘빈 (1911-1997)의 이름을 따서 1961 년 노벨 화학상을 수상했습니다. Dark Reaction 단계는 식물이 빛의 반응에서 NADPH와 ATP의 도움으로 설탕을 만드는 과정입니다. 단계. 캘빈주기 동안 다음 단계가 수행됩니다.

• 식물이 광합성을 위해 탄소를 식물 화학 물질 (RuBP)에 연결하는 탄소 고정.
• 식물 및 에너지 화학 물질이 반응하여 식물 당을 생성하는 환원 단계.
• 식물 영양소로서 탄수화물의 형성.
• 당과 에너지가 협력하여 RuBP 분자를 형성하는 재생 단계로, 순환이 다시 시작됩니다.

틸라코이드 막에는 두 개의 광 포착 시스템이 내장되어 있습니다: 광계 I 및 광계 II 식물의 잎이 빛 에너지를 화학 물질로 변화시키는 안테나와 같은 여러 단백질로 구성 에너지. Photosystem I은 저에너지 전자 운반체의 공급을 제공하는 반면 다른 하나는 필요한 곳에 에너지가 공급 된 분자를 전달합니다.

엽록소는 광합성 과정을 시작하는 식물과 나무의 잎 안에있는 빛을 흡수하는 색소입니다. 엽록체 틸라코이드 내의 유기 안료로서 엽록소는 좁은 대역 내에서만 에너지를 흡수합니다. 700 나노 미터 (nm) ~ 400의 파장 범위 내에서 태양에 의해 생성 된 전자기 스펙트럼의 nm. 광합성 활성 방사 밴드라고 불리는 녹색은 가시 광선 스펙트럼의 중앙에 위치하여 낮은 에너지, 그러나 긴 파장의 빨간색, 노란색 및 주황색은 높은 에너지, 짧은 파장, 파란색, 남색 및 제비꽃.

같이 엽록소가 흡수 단일 광자 또는 뚜렷한 빛 에너지의 패킷, 그것은 이러한 분자를 흥분하게 만듭니다. 식물 분자가 여기되면, 프로세스의 나머지 단계는 여기 된 분자를 에너지를 통해 에너지 전달 시스템으로 가져 오는 것입니다. 니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오타이드 포스페이트 또는 NADPH라고 불리는 담체, 광합성의 두 번째 단계, 암흑 반응 단계 또는 캘빈으로 전달 주기.

입력 후 전자 수송 사슬이 과정은 유입 된 물에서 수소 이온을 추출하여 틸라코이드 내부로 전달하여 이러한 수소 이온이 축적됩니다. 이온은 기질 쪽에서 틸라코이드 루멘으로 반 다공성 막을 통과하여 일부를 잃습니다. 두 광계 사이에 존재하는 단백질을 통해 이동하는 과정에서 에너지의 수소 이온은 틸라코이드 루멘에 모여 세포의 에너지 통화 인 아데노신 삼인산 또는 ATP를 만드는 과정에 참여하기 전에 재 에너지 화를 기다립니다.

광계 1의 안테나 단백질은 다른 광자를 흡수하여 P700이라고하는 PS1 반응 센터로 전달합니다. 산화 된 중심 인 P700은 고 에너지 전자를 니코틴-아마이드 아데닌 디 뉴클레오타이드 포스페이트 또는 NADP +로 보내고이를 환원시켜 NADPH와 ATP를 형성합니다. 이것은 식물 세포가 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 곳입니다.

엽록체는 광합성의 두 단계를 조정하여 빛 에너지를 사용하여 설탕을 만듭니다. 엽록체 내부의 틸라코이드는 빛 반응 부위를 나타내는 반면, 캘빈주기는 기질에서 발생합니다.

광합성 과정과 관련된 세포 호흡은 식물 세포에서 빛 에너지를 받아 화학 에너지로 바꾸고 산소를 대기로 다시 방출하면서 발생합니다. 광합성 과정에서 생성되는 당이 식물 세포 내에서 발생합니다. 산소와 결합하여 세포의 에너지를 만들어 이산화탄소와 물을 부산물로 만듭니다. 호흡. 호흡에 대한 간단한 방정식은 광합성과 반대입니다: 포도당 + 산소 = 에너지 + 이산화탄소 + 빛 에너지.

세포 호흡은 잎뿐만 아니라 식물이나 나무의 뿌리에서도 식물의 모든 살아있는 세포에서 발생합니다. 세포 호흡은 빛 에너지가 필요하지 않기 때문에 낮이나 밤에 발생할 수 있습니다. 그러나 배수가 불량한 토양에 과도하게 물을주는 식물은 침수와 같이 세포 호흡에 문제를 일으 킵니다 식물은 뿌리를 통해 충분한 산소를 흡수하지 못하고 포도당을 변형시켜 세포의 대사를 유지하지 못합니다. 프로세스. 식물이 너무 오랫동안 물을 너무 많이 받으면 뿌리에 산소가 부족하여 본질적으로 세포 호흡을 멈추고 식물을 죽일 수 있습니다.

캘리포니아 대학교 Merced 교수 Elliott Campbell과 그의 연구팀은 2017 년 4 월 20 일 동안 광합성 과정이 극적으로 증가했다는 국제 과학 저널 "Nature" 세기. 연구팀은 200 년에 걸친 광합성 과정의 세계적인 기록을 발견했습니다.

이것은 그들이 연구하는 동안 지구상의 모든 식물 광합성의 총합이 30 % 증가했다고 결론지었습니다. 연구팀은 전 세계적으로 광합성 과정이 증가하는 원인을 구체적으로 밝히지 않았지만 컴퓨터 모델은 여러 프로세스를 결합 할 때 글로벌 플랜트를 크게 증가시킬 수 있음을 제안합니다. 성장.

이 모델은 광합성 증가의 주요 원인이 대기 중 이산화탄소 배출 증가를 포함한다는 것을 보여주었습니다 (주로 인간 활동), 이러한 배출로 인한 지구 온난화와 대량 농업 및 화석 연료로 인한 질소 오염 증가로 인해 더 긴 성장 계절 연소. 이러한 결과를 가져온 인간 활동은 지구에 긍정적 인 영향과 부정적인 영향을 모두 미칩니다.

Campbell 교수는 이산화탄소 배출 증가가 작물 생산을 자극하는 반면 원하지 않는 잡초와 침입 종의 성장을 촉진한다고 언급했습니다. 그는 이산화탄소 배출량이 증가하면 기후 변화가 직접적으로 해안을 따라 더 많은 홍수로 이어진다 고 지적했습니다 지역, 극한 기상 조건 및 해양 산성화의 증가, 모두 복합적인 영향을 미칩니다. 전 세계적으로.

광합성은 20 세기 동안 증가했지만 식물은 전 세계 생태계에 더 많은 탄소를 저장하게하여 탄소 흡수원이 아닌 탄소원이되었습니다. 광합성의 증가에도 불구하고 증가는 화석 연료 연소를 보상 할 수 없습니다. 화석 연료 연소로 인한 더 많은 이산화탄소 배출은 식물의 흡수 능력을 압도하는 경향이 있습니다. CO2.

연구진은 연구 결과를 개발하기 위해 국립 해양 대기 청이 수집 한 남극 눈 데이터를 분석했습니다. 얼음 샘플에 저장된 가스를 연구함으로써 연구원들은 과거의 지구 대기를 검토했습니다.