(A+ 레포트) 광합성의 개념 및 광합성 과정에 대하여

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목차

I. 서론

II. 본론

1. 광합성(photosynthesis)의 개념
(1) 독립영양생물(autotrophs)
(2) 종속영양생물(heterotrophs)
(3) 광합성을 통한 에너지 전환

2. 잎의 구조

3. 광합성의 과정
(1) 광합성 과정의 원자 추적
(2) 광합성 과정 중 물 분해
(3) 산화환원 과정으로서의 광합성(세포호흡 vs 광합성)
1) 세포호흡(이화과정)
2) 광합성(동화과정)

4. 광합성의 두 과정 : 광(명반응) + 합성(캘빈회로)
(1) 명반응(light reaction)
(2) 암반응(광비의존성 반응)
(3) 광합성의 색소 : 빛 수용체
(4) 엥겔만의 실험
(5) 캘빈회로
(6) 캘빈회로의 3 단계
1) 1 단계 : 탄소고정
2) 2 단계 : 환원
3) 3 단계 : RuBP(이산화탄소 수용체)의 재생

III. 결론

* 참고자료

본문내용

이며 산화제로써 기능함
* ATP : 빛에너지가 엽록소에 흡수되면 엽록소가 흥분하여 전자를 방출하는데, 이 전자가 전자전달계를 거치면서 ATP를 만들어낸다. 또 광인산화 과정에서 NADPH2도 함께 만들어지는 데 이들은 암반응에 쓰인다.
2) 암반응(광비의존성 반응)
- 6CO2 + 12NADPH2 -> 12NADP + 6H2O + C6H12O6
- 탄소고정(carbon fixation ; 공기 중의 이산화탄소가 엽록체 내에 존재하고 있는 유기분자에 결합되는 것)으로부터 시작됨
- 캘빈회로 반응 : 전자를 첨가(환원력에 의하여)하여 고정된 탄소를 당으로 환원함
: 환원력(고에너지 전자)은 명반응에서 생성된 NADPH에 의해 제공됨
ATP에 의해 제공된 에너지를 필요로 하는 흡열(동화)과정
* 캘빈회로는 암반응이라 불리지만 낮 동안에 일어남. 그 이유는 명반응으로부터 NADPH, ATP를 제공받아야 하기 때문임.
3) 광합성의 색소 : 빛 수용체
- 색소(pigment) : 가시광선을 흡수하는 물질
- 백색광(가시광선 전 파장)을 색소에 비출 때 나타나는 색은 색소에 의해 반사·통과된 색
ex) 색소가 백색광의 모든 파장을 흡수하면 검은색으로 보임
잎이 초록색을 띠는 이유 : 엽록소 분자가 광합성을 잘 일으키는 파장(보라, 파랑, 붉은색) 흡수. 초록색은 반사·통과
- 분광광도계로 흡수스펙트럼(파장에 따른 색소의 빛흡수를 그린 그래프) 측정
- 흡수스펙트럼을 통해 광합성을 일으키는 서로 다른 파장의 상대적인 광합성 효율을 알 수 있음 a 직접 명반응에 관여하는 엽록소 a 의 흡수스펙트럼을 통해 보라, 파랑, 붉은색 파장을 흡수하는 것을 알 수 있음
- 작용스펙트럼
: 엽록체에 여러 파자의 빛을 비추고 파장에 따른 광합성률(이산화탄소의 소모나 산소의 배출)을 측정하며, 서로 다른 파장들간의 광합성 효율성을 나타냄
4) 엥겔만의 실험
- 사상조류의 광합성율을 호기성 세균을 이용해 측정
: 특정 파장에서 광합성이 더 잘 일어날 것이고 광합성 결과 산소가 배출되는데, 호기성 세균이 특정 파장의 빛에 노출된 조류 부근에 많이 존재하는 것을 관찰함
(호기성 세균은 세포호흡을 진행하기 위해서 산소를 필요로 함)
- 색소에는 엽록소 a, b, 카로티노이드 등이 존재하는데, 광합성 과정에서 대부분의 빛을 흡수하는 색소는 엽록소 a 이고, 엽록소 b와 카로티노이드는 보조색소이다. 흡수스펙트럼이 정확하게 일치하지 않는다는 사실을 알 수 있다. 이것은 엽록소 a에 의해 흡수되는 빛만으로 광합성이 일어나는 것이 아니라 보조색소들이 엽록체에서의 광합성에 중요하다는 것을 의미한다.
· 엽록소 b : 엽록소 a 와 구조적으로 약간의 차이를 보임
구조적 차이로 인해 엽록소 a가 흡수하는 파장과 약간 다른 파장의 빛 흡수
· 카로티노이드 : 일종의 탄수화물로 보라, 파란, 초록색 빛을 흡수. 노란, 황색의 색을 띰. ‘광보호’라는 기능을 함. 엽록체에 손상을 주거나, 활성 산소를 형성케 하는 과도한 빛을 흡수·분산시킴
Cf) 인간의 눈에도 유사한 존재하여 카로티노이드가 광보호를 수행함
5) 캘빈회로
캘빈회로는 시트르산 회로와 유사함하며, ATP, NADPH를 사용하여 이산화탄소를 당으로 전환한다. 분자들이 회로로 들어가고 회로에서 나온 후 출발물질이 재생된다.
· 시트르산 회로 : 포도당산화, 산화된 에너지가 ATP 합성에 쓰임, 발열과정, 에너지 방출
· 캘빈회로 : 동화작용, 에너지 필요, 흡열과정
- 이산화탄소의 탄소를 고정해 당(G3P)으로 고정시키는 과정
: ATP를 에너지공급원으로 이용하고, NADPH로부터 전자를 얻음
: 1분자의 G3P를 합성하기 위해 9개의 ATP분자와 6개 NADPH를 소모
* G3P는 포도당이나 다른 탄수화물을 합성하는 물질대사 과정의 출발물질이 됨
이산화탄소 세 분자가 회로로 들어갈 때마다 한 분자 G3P가 최종생성물로 만들어짐
6) 캘빈회로의 3 단계
a. 1 단계 : 탄소고정
이산화탄소 분자를 한 번에 하나씩 RuBP(오탄당)에 결합시킴 : 루비스코가 촉매함
6 탄소 중간생성물이 바로 반으로 분해되어 이산화탄소 한 분자당 두 분자의 3-PG를 생성함
b. 2 단계 : 환원
3-PG가 ATP로부터 인산기를 받아 1,3-BPG가 됨
1,3-BPG는 NADPH로부터 전자를 받아 G3P로 환원됨
* G3P : 해당과정에서 포도당이 분해되어 만들어지는 삼탄당과 같은 당임
3 분자의 이산화탄소당 6 분자의 G3P가 만들어짐
한 분자의 G3P는 회로에서 빠져나와 식물세포에 의해 사용됨
5 분자의 G3P는 3 분자의 RuBP를 재생하기 위해 재순환함
c. 3 단계 : RuBP(이산화탄소 수용체)의 재생
5 분자 G3P의 탄소골격이 3 분자의 ATP를 소모하며 3 분자의 RuBP로 재배열됨
- 캘빈회로는 1 분자의 G3P를 합성하기 위해 9 ATP, 6 NADPH를 사용함
G3P는 포도당이나 다른 탄수화물을 합성하는 물질대사 과정의 전구체가 됨
III. 결론
식물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 과정. 일반적으로는 식물이 빛에너지를 생물학적으로 이용할 수 있는 자유에너지로 변환하는 과정을 말하며, 탄소고정이 대표적인 예가 된다. 이 과정에서는 고정되는 이산화탄소와 거의 같은 몰의 산소가 발생한다. 이러한 식물이 태양광을 이용해 물ㆍ이산화탄소로부터 산소와 포도당(C6H12O6)을 만들어 내는 광합성은 과학자가 꿈꾸는 이상(理想) 반응이다. 인공광합성에서는 이 과정에서 수소뿐 아니라 메탄올도 얻을 수 있다. 식물의 광합성을 인공적으로 재현하는 연구는 미국 에너지부, 독일 막스플랑크 연구소, 일본 문부과학성 등에서 활발히 진행되고 있다.
* 참고자료
-민철기, 일반생물학실험, 라이프사이언스
-서봉보, 일반 식물학, 월드사이언스
-이흥우(2005), 엥겔만이 들려주는 광합성 이야기, 자음과 모음
-이광웅, 생명 생물의 과학, 교보문고
-전상학 외, 생명과학 길라잡이, 라이프사이언스
-Starr, 홍영남 역(2007), 생명과학, 라이프사이언스
-W. G. 홉킨스, 홍영남 역(2001), 식물생리학, 을유문화사

키워드

광합성과정,   광합성,   광합성색소,   식물호흡 ,   포도당