총체적으로 광합성으로 알려진 일련의 화학 반응이 없었다면, 당신은 여기에 없을 것이고 당신이 아는 다른 누구도 없을 것입니다. 광합성이 식물과 몇 가지 미생물에만 국한된다는 사실을 알게된다면 이상한 주장으로 보일 수 있습니다. 그리고 당신의 몸이나 어떤 동물의 세포도이 우아한 반응을 수행 할 수있는 장치를 가지고 있지 않습니다. 무엇을 제공합니까?
간단히 말해서, 식물과 동물의 생명은 거의 완벽하게 공생합니다. 즉, 식물이 신진 대사 요구를 충족시키는 방식이 동물에게 가장 큰 이익이되며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 간단히 말해서 동물은 산소 가스 (O2) 비 기체 탄소원에서 에너지를 유도하고 이산화탄소 가스 (CO2) 및 물 (H2O) 공정에서 식물이 CO를 사용하는 동안2 그리고 H2O 음식을 만들고 O를 풀어2 환경에. 또한, 현재 세계 에너지의 약 87 %는 화석 연료의 연소에서 파생되며 이는 궁극적으로 광합성의 산물이기도합니다.
"광합성은 동물에게 호흡이되는 것과 식물에 대한 것"이라는 말이 있지만 식물은 둘 다 사용하고 동물은 호흡 만 사용하기 때문에 이것은 결함이있는 비유입니다. 광합성은 식물이 운동보다는 빛에 의존하여 탄소를 소비하고 소화하는 방식으로 생각하고, 작은 세포 기계가 사용할 수있는 형태로 탄소를 넣는 식습관입니다.
광합성에 대한 간략한 개요
광합성은 생명체의 상당 부분이 직접 사용하지 않음에도 불구하고 생명의 지속적인 존재를 보장하는 하나의 화학 공정으로 합리적으로 간주됩니다. 지구 자체. 광합성 세포는 CO2 그리고 H2O 환경에서 유기체에 의해 수집되고 햇빛의 에너지를 사용하여 포도당 합성 (C6H12영형6), 해제 O2 폐기물로. 이 포도당은 동물이 포도당을 사용하는 것과 같은 방식으로 식물의 다른 세포에서 처리됩니다. 세포: 호흡을 통해 아데노신 삼인산 (ATP) 형태로 에너지를 방출하고 CO2 폐기물로. (식물 플랑크톤과 시아 노 박테리아도 광합성을 이용하지만, 이 논의의 목적을 위해 광합성 세포를 포함하는 유기체를 일반적으로 "식물"이라고합니다.)
포도당을 만들기 위해 광합성을 사용하는 유기체는 그리스어에서 "자기 음식"으로 느슨하게 번역되는 독립 영양 생물이라고합니다. 즉, 식물은 음식을 위해 다른 유기체에 직접 의존하지 않습니다. 반면에 동물은 성장하고 살아 남기 위해 다른 생명체로부터 탄소를 섭취해야하기 때문에 종속 영양 생물 ( "다른 음식")입니다.
광합성은 어떤 유형의 반응입니까?
광합성은 산화 환원 반응으로 간주됩니다. 산화 환원은 다양한 생화학 적 반응에서 원자 수준에서 일어나는 일을 설명하는 "환원-산화"의 줄임말입니다. 광합성이라고하는 일련의 반응에 대한 완전하고 균형 잡힌 공식은 다음과 같습니다. 구성 요소는 곧 살펴볼 것입니다.
6H2O + 빛 + 6CO2 → C6H12영형6 + 6O2
각 유형의 원자 수가 화살표의 각면에서 동일하다는 것을 직접 확인할 수 있습니다. 탄소 원자 6 개, 수소 원자 12 개, 산소 원자 18 개입니다.
환원은 원자 또는 분자에서 전자를 제거하는 반면 산화는 전자를 얻는 것입니다. 따라서 다른 화합물에 쉽게 전자를 생성하는 화합물을 산화제라고하며 전자를 얻는 경향이있는 화합물을 환원제라고합니다. 산화 환원 반응은 일반적으로 환원되는 화합물에 수소를 첨가하는 것을 포함합니다.
광합성의 구조
광합성의 첫 번째 단계는 "빛이 있으라"고 요약 할 수 있습니다. 햇빛은 식물의 표면을 비추고 전체 과정을 움직이게합니다. 많은 식물이 왜 그렇게 보이는지 이미 의심 할 수 있습니다. 잎과 잎 형태의 많은 표면적 이러한 유기체가 왜 구조화되어 있는지 모르는 경우 불필요하게 보이는 (매력적이긴하지만) 지원하는 가지 이 방법. 식물의 "목표"는 가능한 한 햇빛에 자신을 최대한 노출시키는 것입니다. 어떤 생태계의 식물도 동물 쓰레기의 런트와 비슷합니다. 에너지. 당연히 잎은 광합성 세포에서 매우 조밀합니다.
이 세포들은 미토콘드리아가 호흡이 일어나는 세포 기관인 것처럼 광합성이 이루어지는 엽록체라는 유기체가 풍부합니다. 사실, 엽록체와 미토콘드리아는 구조적으로 매우 유사합니다. 사실 생물학 세계의 거의 모든 것과 마찬가지로 진화의 경이로움을 추적 할 수 있습니다.) 엽록체에는 빛 에너지를 반사하는 대신 최적으로 흡수하는 특수 안료가 포함되어 있습니다. 그것. 흡수되지 않고 반사되는 것은 인간의 눈과 뇌에서 특정 색으로 해석되는 파장 범위에 있습니다 (힌트: "g"로 시작). 이 목적을 위해 사용되는 주요 안료는 엽록소로 알려져 있습니다.
엽록체는 이중 원형질막으로 둘러싸여 있으며, 모든 살아있는 세포와 그들이 포함하는 세포 기관의 경우입니다. 그러나 식물에서는 틸라코이드 막이라고하는 플라즈마 이중층 내부에 세 번째 막이 존재합니다. 이 멤브레인은 매우 광범위하게 접혀서 서로 위에 쌓인 디스크 모양의 구조가 브레스 민트 패키지와 다르지 않습니다. 이러한 틸라코이드 구조에는 엽록소가 포함되어 있습니다. 내부 엽록체 막과 틸라코이드 막 사이의 공간을 간질이라고합니다.
광합성의 메커니즘
광합성은 빛 의존적 반응과 빛 의존적 반응으로 나뉘며, 일반적으로 빛과 어둠의 반응이라고하며 나중에 자세히 설명합니다. 결론을 내리셨 겠지만, 빛의 반응이 먼저 발생합니다.
태양의 빛이 틸라코이드 내부의 엽록소 및 기타 색소에 닿으면 본질적으로 느슨해집니다. 엽록소에있는 원자에서 전자와 양성자를 가져 와서 더 높은 에너지 수준으로 끌어 올려 마이그레이션합니다. 전자는 틸라코이드 막 자체에서 펼쳐지는 전자 수송 연쇄 반응으로 전환됩니다. 여기에서 NADP와 같은 전자 수용체는 이러한 전자 중 일부를 수신하며, 이는 ATP 합성을 구동하는데도 사용됩니다. ATP는 본질적으로 미국 금융 시스템에 대한 달러가 세포에 미치는 영향입니다. 사실상 모든 대사 과정이 궁극적으로 수행되는 "에너지 통화"입니다.
이런 일이 발생하는 동안 태양을 목욕하는 엽록소 분자는 갑자기 전자가 부족하다는 것을 알게되었습니다. 이것은 물이 해체에 들어가 수소 형태로 대체 전자를 제공하여 엽록소를 감소시키는 곳입니다. 수소가 사라진 상태에서 한때 물이었던 것은 이제 분자 산소 – O2. 이 산소는 세포와 식물에서 완전히 확산되며, 그 중 일부는 정확히이 초에 자신의 폐로 들어가는 길을 찾았습니다.
광합성은 Endergonic입니까?
광합성은 진행하기 위해 에너지 입력이 필요하기 때문에 엔더 고닉 반응이라고합니다. 태양은 지구상의 모든 에너지의 궁극적 인 원천입니다. 태양을 그 자체로 신으로 간주 한 고대 문화)와 식물이 그것을 차단하는 최초의 생산적인 사용. 이 에너지 없이는 작고 단순한 분자 인 이산화탄소가 상당히 크고 복잡한 분자 인 포도당으로 전환 될 방법이 없습니다. 어떤 식 으로든 에너지를 소비하지 않고 계단을 올라가면 식물이 직면 한 문제를 볼 수 있다고 상상해보십시오.
산술적 측면에서 엔더 고닉 반응은 생성물이 반응물보다 더 높은 에너지 수준을 갖는 반응입니다. 에너지 적으로 말하면 이러한 반응의 반대를 exergonic이라고하며, 생성물이 반응보다 낮은 에너지를 가지며 그에 따라 반응 중에 에너지가 방출됩니다. (이것은 종종 열의 형태로 나타납니다. 다시 말하지만, 당신은 더워 지거나 운동으로 더 추워 지나요?) 이것은 반응의 자유 에너지 ΔG °로 표현되며 광합성의 경우 +479 kJ ⋅ 몰-1 또는 몰당 479 줄의 에너지. 양수 기호는 흡열 반응을 나타내고 음수 기호는 발열 과정을 나타냅니다.
광합성의 빛과 어둠의 반응
빛의 반응에서 물은 햇빛에 의해 분해되는 반면, 어두운 반응에서는 양성자 (H+) 및 전자 (e−) 가벼운 반응에서 해방되어 CO에서 포도당 및 기타 탄수화물을 조립하는 데 사용됩니다.2.
가벼운 반응은 다음 공식으로 제공됩니다.
하반기2O + 빛 → O2 + 4 시간+ + 4e−(ΔG ° = +317 kJ ⋅ mol−1)
어두운 반응은 다음과 같습니다.
CO2 + 4 시간+ + 4e− → CH2O + H2O (ΔG ° = +162 kJ ⋅ mol−1)
전반적으로 이것은 위에 표시된 완전한 방정식을 산출합니다.
H2O + 빛 + CO2 → CH2O + O2(ΔG ° = +479 kJ ⋅ mol−1)
두 반응 세트가 모두 엔더 고닉이라는 것을 알 수 있습니다. 가벼운 반응은 더 강합니다.
에너지 커플 링이란?
생활 시스템에서 에너지 결합은 한 프로세스에서 사용할 수있는 에너지를 사용하여 다른 프로세스를 구동하는 데 사용하는 것을 의미합니다. 사회 자체는 이런 방식으로 작동합니다. 기업은 종종 사회에서 벗어나기 위해 많은 돈을 미리 빌려야합니다. 그러나 궁극적으로 이러한 비즈니스 중 일부는 수익성이 높아 다른 스타트 업에 자금을 제공 할 수 있습니다. 회사.
광합성은 햇빛의 에너지가 엽록체의 반응에 결합되어 반응이 전개 될 수 있기 때문에 에너지 결합의 좋은 예를 나타냅니다. 식물은 결국 당장 또는 미래에 다른 반응에 결합 될 수있는 포도당 및 기타 탄소 화합물을 합성하여 지구 탄소 순환에 보상합니다. 예를 들어, 밀 식물은 전분을 생산하며 전 세계적으로 인간과 다른 동물의 주요 식품 공급원으로 사용됩니다. 그러나 식물이 만든 포도당이 모두 저장되는 것은 아닙니다. 그 중 일부는 식물 세포의 다른 부분으로 진행되며, 해당 과정에서 방출 된 에너지는 궁극적으로 식물 미토콘드리아의 반응과 결합되어 ATP를 형성합니다. 식물은 먹이 사슬의 바닥을 나타내며 수동 에너지와 산소로 널리 간주됩니다. 기증자들은 그들 자신의 신진 대사를 필요로합니다. 다른 사람들처럼 더 커지고 번식해야합니다. 유기체.
왜 아래 첨자를 변경할 수 없습니까?
제쳐두고 학생들은 화학 반응이 균형 잡힌 형태로 제공되지 않으면 균형 잡힌 화학 반응을 배우는 데 어려움을 겪습니다. 결과적으로 학생들은 땜질 과정에서 균형 잡힌 결과를 얻기 위해 반응에서 분자의 첨자의 값을 변경하려는 유혹을받을 수 있습니다. 이러한 혼란은 반응의 균형을 맞추기 위해 분자 앞의 숫자를 변경하는 것이 허용된다는 사실을 알고 있기 때문일 수 있습니다. 분자의 아래 첨자를 변경하면 해당 분자가 완전히 다른 분자로 바뀝니다. 예를 들어, 변경 O2 O로3 단순히 질량 측면에서 50 % 더 많은 산소를 추가하지 않습니다. 그것은 산소 가스를 오존으로 바꾸는데, 이것은 원격으로 비슷한 방식으로 연구중인 반응에 참여하지 않을 것입니다.