광합성에서의 효소 활성

광합성은 모든 생물학에서 가장 중요한 반응으로 분류 될 수 있습니다. 세계의 먹이 그물이나 에너지 흐름 시스템을 살펴보면 궁극적으로 그 안에있는 유기체를 유지하는 물질을 위해 태양 에너지에 의존한다는 것을 알게 될 것입니다. 동물은 탄소 기반 영양소 (탄수화물)와 광합성이 생성하는 산소에 모두 의존합니다. 다른 동물을 잡아 먹음으로써 모든 영양분을 얻는 것은 자신이 주로 또는 독점적으로 사는 유기체를 먹게됩니다. 식물.

따라서 광합성으로부터 자연에서 관찰되는 다른 모든 에너지 교환 과정이 흐릅니다. 해당 과정과 세포 호흡의 반응과 마찬가지로 광합성은 여러 단계, 효소 및 고유 한 측면을 고려하고 이해해야합니다. 광합성의 특정 촉매가 빛과 가스를 음식으로 전환하는 양에서하는 역할은 기본을 마스터하는 데 중요합니다. 생화학.

광합성은 당신이 마지막으로 먹은 음식의 생산과 관련이 있습니다. 식물 기반이라면 주장은 간단합니다. 햄버거라면 고기는 거의 완전히 식물에서 살아남은 동물에서 나온 것입니다. 약간 다르게 보면, 만약 태양이 오늘 세상을 식 히지 않고 저절로 꺼져 식물이 부족 해지면 세상의 식량 공급이 곧 사라질 것입니다. 분명히 포식자가 아닌 식물은 먹이 사슬의 맨 아래에 있습니다.

광합성은 전통적으로 빛 반응과 어두운 반응으로 나뉩니다. 광합성에서 두 가지 반응 모두 중요한 역할을합니다. 전자는 햇빛이나 다른 빛 에너지의 존재에 의존하고, 후자는 빛 반응의 산물에 의존하지 않고 작업 할 기질을 갖습니다. 가벼운 반응에서는 식물이 탄수화물을 조립하는 데 필요한 에너지 분자가 만들어지고 탄수화물 합성 자체가 어두운 반응을 일으 킵니다. 이것은 ATP (아데노신 삼인산, "에너지 통화")의 주요 직접적인 공급원은 아니지만 Krebs가 순환하는 호기성 호흡과 어떤면에서 유사합니다. 모든 세포의), 후속 전자 수송 사슬에서 다량의 ATP 생성을 유도하는 다량의 중간 분자를 생성합니다. 반응.

식물의 광합성을 가능하게하는 중요한 요소는 엽록소라는 독특한 구조에서 발견되는 물질 엽록체.

광합성의 순 반응은 실제로 매우 간단합니다. 그것은 말한다 빛 에너지가있는 상태에서 이산화탄소와 물은 그 과정에서 포도당과 산소로 전환됩니다..

6 CO₂ + 빛 + 6 H₂O → C₆H₁₂영형₆ + 6O₂

전반적인 반응은 가벼운 반응 그리고 어두운 반응 광합성의 :

가벼운 반응 :12 시간₂O + 빛 → O₂ + 24 시간⁺ + 24e⁻

어두운 반응 :6CO₂ + 24 시간⁺ + 24e⁻ → C₆H₁₂영형₆ + 6 시간₂영형

간단히 말해서, 빛 반응은 햇빛을 사용하여 식물이 음식 (포도당)을 만들기 위해 채널을 보내는 전자를 겁주게합니다. 이것이 실제로 어떻게 일어나는지 잘 연구되어 왔으며 수십억 년의 생물학적 진화에 대한 증거입니다.

생명 과학을 연구하는 사람들 사이에서 흔히 발생하는 오해는 광합성이 단순히 세포 호흡의 역행이라는 것입니다. 광합성의 순 반응이 세포 호흡처럼 보인다는 점을 감안하면 이해할 수 있습니다. 미토콘드리아에서 해당 과정과 호기성 과정 (Krebs주기 및 전자 수송 사슬)으로 끝나는 과정은 역전.

그러나 광합성에서 이산화탄소를 포도당으로 변환하는 반응은 세포 호흡에서 포도당을 다시 이산화탄소로 환원시키는 데 사용되는 반응과는 매우 다릅니다. 식물은 또한 세포 호흡을 이용합니다. 엽록체는 "식물의 미토콘드리아"가 아닙니다. 식물에도 미토콘드리아가 있습니다.

광합성을 주로 식물에 입이 없기 때문에 발생하는 것으로 생각하지만 여전히 자신의 연료를 만들기위한 영양소로서 포도당을 태우는 것에 의존합니다. 식물이 포도당을 섭취 할 수 없지만 꾸준한 공급을 필요로한다면 불가능 해 보이는 일을 스스로 처리해야합니다. 식물은 어떻게 음식을 만들까요? 그들은 외부 조명을 사용하여 내부의 작은 발전소를 구동합니다. 그렇게 할 수 있는지 여부는 실제로 어떻게 구성되어 있는지에 따라 크게 달라집니다.

질량에 비해 표면적이 많은 구조물은 지나가는 햇빛을 많이 포착 할 수있는 위치에 있습니다. 이것이 식물에 잎이있는 이유입니다. 잎이 식물의 가장 녹색 부분 인 경향이 있다는 사실은 잎의 엽록소 밀도의 결과입니다.

잎은 기공 (singular: stoma)이라고하는 표면에 구멍이 생겼습니다. 이 구멍은 잎이 CO의 출입을 제어 할 수있는 수단입니다.₂, 광합성에 필요한 O₂, 이는 공정의 폐기물입니다. (산소를 낭비라고 생각하는 것은 직관에 반하는 것이지만, 이 설정에서는 엄밀히 말하면 그게 다입니다.)

이 기공은 또한 잎이 수분 함량을 조절하는 데 도움이됩니다. 물이 많으면 잎이 더 단단하고 "팽창"되고 기공은 닫힌 상태로 유지되는 경향이 있습니다. 반대로 물이 부족하면 잎이 스스로 영양을 공급할 수 있도록 기공이 열립니다.

식물 세포는 진핵 세포로 모든 세포 (DNA, 세포막, 세포질 및 리보솜)에 공통적 인 네 가지 구조와 여러 특수 세포 기관을 모두 가지고 있습니다. 그러나 식물 세포는 동물 및 다른 진핵 세포와 달리 박테리아처럼 세포벽을 가지고 있지만 다른 화학 물질을 사용하여 구성됩니다.

식물 세포는 또한 핵을 가지고 있으며 그 세포 기관에는 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 세포 골격 및 액포가 포함됩니다. 그러나 식물 세포와 다른 진핵 세포의 중요한 차이점은 식물 세포가 엽록체.

식물 세포 내에는 엽록체라고하는 세포 기관이 있습니다. 미토콘드리아와 마찬가지로 이들은 진화 초기에 진핵 생물에 통합 된 것으로 믿어집니다. 진핵 생물, 독립 체는 엽록체가 될 운명이며 독립형 광합성 수행으로 존재 원핵 생물.

모든 세포 기관과 마찬가지로 엽록체는 이중 원형질막으로 둘러싸여 있습니다. 이 막 안에는 엽록체의 세포질과 같은 기능을하는 간질이 있습니다. 또한 엽록체 내에는 틸라코이드라고 불리는 몸체가 있는데, 이는 동전 더미처럼 배열되고 자체 막으로 둘러싸여 있습니다.

엽록소는 광합성의 "색소"로 간주되지만 여러 종류의 엽록소가 있으며 엽록소 이외의 색소도 광합성에 참여합니다. 광합성에 사용되는 주요 안료는 엽록소 A입니다. 광합성 과정에 참여하는 일부 비 엽록소 색소는 빨간색, 갈색 또는 파란색입니다.

광합성의 빛 반응은 빛 에너지를 사용하여 물 분자에서 수소 원자를 대체합니다. 들어오는 빛에 의해 궁극적으로 해방되는 전자의 흐름은 NADPH와 ATP를 합성하는 데 사용되며, 이는 후속 어둠에 필요합니다. 반응.

빛 반응은 식물 세포 내부의 엽록체 내부에있는 틸라코이드 막에서 발생합니다. 빛이 단백질-엽록소 복합체를 비추면 진행됩니다. 광계 II (PSII). 이 효소는 물 분자에서 수소 원자를 해방시키는 것입니다. 그러면 물 속의 산소가 자유 로워지고 그 과정에서 자유로 워진 전자가 플라 스토 퀴 놀이라는 분자에 부착되어 플라 스토 퀴논으로 변합니다. 이 분자는 차례로 전자를 사이토 크롬 b6f라고하는 효소 복합체로 전달합니다. 이 ctyb6f는 플라 스토 퀴논에서 전자를 가져와 플라스 토시 아닌으로 이동시킵니다.

이 지점에서, 광계 I (PSI) 일을 시작합니다. 이 효소는 플라스 토시 아닌에서 전자를 가져와 페레 독신이라고하는 철 함유 화합물에 부착합니다. 마지막으로 ferredoxin–NADP라는 효소⁺NADP로부터 NADPH를 만들기위한 환원 효소 (FNR)⁺. 이러한 화합물을 모두 기억할 필요는 없지만 관련된 반응의 계단식 "전달"특성을 이해하는 것이 중요합니다.

또한 PSII가 물에서 수소를 방출하여 위의 반응에 전력을 공급할 때 일부 수소는 틸라코이드를 기질로 남겨두고 농도 구배를 낮추는 경향이 있습니다. 틸라코이드 막은 ATP를 만들기 위해 인산 분자를 ADP (adenosine diphosphate)에 부착하는 막의 ATP 합성 효소 펌프에 전원을 공급하는 데 사용함으로써 이러한 자연 유출을 이용합니다.

광합성의 어두운 반응은 빛에 의존하지 않기 때문에 그렇게 명명되었습니다. 그러나 빛이있을 때 발생할 수 있으므로 더 정확하고 번거 롭다면 이름은 "빛에 독립적 인 반응. "문제를 더 명확하게하기 위해 어두운 반응은 함께 캘빈주기.

폐로 공기를들이 마실 때 그 공기의 이산화탄소가 세포는 당신의 몸이 음식을 분해하는 것과 같은 물질을 만드는데 사용합니다. 먹다. 사실, 이로 인해 전혀 먹을 필요가 없을 것입니다. 이것은 본질적으로 CO를 사용하는 식물의 수명입니다.₂ 그것은 (대부분 다른 진핵 생물의 대사 과정의 결과로 존재하는) 환경에서 모아 포도당을 만들고, 포도당은 자신의 필요에 따라 저장하거나 태 웁니다.

여러분은 이미 광합성이 물에서 자유로 워진 수소 원자를 노크하고 그 원자의 에너지를 사용하여 NADPH와 ATP를 만드는 것으로 시작된다는 것을 이미 보았습니다. 그러나 지금까지 광합성에 대한 다른 입력 인 CO2에 대한 언급은 없습니다. 이제 모든 NADPH와 ATP가 처음에 수확 된 이유를 알 수 있습니다.

어두운 반응의 첫 번째 단계에서 CO2는 리불 로스 1,5- 비스 포스페이트라고하는 5 탄소 당 유도체에 부착됩니다. 이 반응은 효소 리불 로스 -1,5- 비스 포스페이트 카르 복실 라제 / 산소 효소에 의해 촉진되며, Rubisco. 이 효소는 광합성을하는 모든 식물에 존재하기 때문에 세계에서 가장 풍부한 단백질로 여겨집니다.

이 6 탄소 중간체는 불안정하고 포스 포 글리세 레이트라고하는 한 쌍의 탄소 3 개 분자로 분할됩니다. 그런 다음 이들은 키나제 효소에 의해 인산화되어 1,3- 비스 포스 포 글리세 레이트를 형성합니다. 이 분자는 글리 세르 알데히드 -3- 인산염 (G3P)으로 전환되어 인산염 분자를 방출하고 빛 반응에서 파생 된 NAPDH를 소비합니다.

이러한 반응에서 생성 된 G3P는 다양한 경로에 배치 될 수 있습니다. 식물의 특정 요구에 따라 포도당, 아미노산 또는 지질 형성 세포. 식물은 또한 인간의 식단에서 전분과 섬유질에 기여하는 포도당 중합체를 합성합니다.