광합성이 일어납니다. 식물 잎의 광합성 과정. 식물 세포 부분의 기능

광합성빛에너지를 이용해 무기물과 유기물을 합성하는 과정이다. 대부분의 경우 광합성은 다음과 같은 세포 소기관을 사용하여 식물에 의해 수행됩니다. 엽록체녹색 색소가 함유된 엽록소.

식물이 유기물을 합성할 수 없다면 지구상의 거의 모든 다른 유기체는 먹을 것이 없을 것입니다. 동물, 곰팡이 및 많은 박테리아는 무기물에서 유기물을 합성할 수 없기 때문입니다. 그들은 기성품 만 흡수하고 더 간단한 것으로 나누어 복잡한 것을 다시 조립하지만 이미 신체의 특징입니다.

광합성과 그 역할에 대해 아주 간략하게 이야기하는 경우가 그렇습니다. 광합성을 이해하려면 더 많은 말을 해야 합니다. 어떤 특정 무기 물질이 사용되며 합성은 어떻게 발생합니까?

광합성에는 이산화탄소(CO 2)와 물(H 2 O)이라는 두 가지 무기 물질이 필요합니다. 첫 번째는 주로 기공을 통해 식물의 지상 부분에 의해 공기로부터 흡수됩니다. 물은 토양에서 나오며, 여기에서 식물의 전도 시스템에 의해 광합성 세포로 전달됩니다. 또한 광합성에는 광자 에너지(hν)가 필요하지만 이를 물질에 기인할 수는 없습니다.

전체적으로 광합성은 유기물과 산소(O2)를 생성합니다. 일반적으로 유기물은 대부분 포도당(C 6 H 12 O 6)을 의미합니다.

유기 화합물은 대부분 탄소, 수소 및 산소 원자로 구성됩니다. 그들은 이산화탄소와 물에서 발견됩니다. 그러나 광합성 중에는 산소가 방출됩니다. 그 원자는 물에서 채취됩니다.

간략하고 일반적으로 광합성 반응식은 일반적으로 다음과 같이 작성됩니다.

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

그러나 이 방정식은 광합성의 본질을 반영하지 않으며, 이해하기 어렵게 만든다. 보세요, 방정식은 균형을 이루고 있지만 그 안에 있는 자유 산소의 총 원자 수는 12입니다. 하지만 우리는 그것들이 물에서 나온다고 말했고 그 중 6개만 있습니다.

실제로 광합성은 두 단계로 진행됩니다. 첫 번째는 빛, 두번째 - 어두운. 이러한 이름은 빛이 밝은 단계에만 필요하고 어두운 단계는 그 존재와 무관하지만 이것이 어둠 속에서 발생한다는 의미는 아닙니다. 밝은 단계는 엽록체의 틸라코이드 막에서 발생하고 어두운 단계는 엽록체의 간질에서 발생합니다.

가벼운 단계에서는 CO 2 결합이 발생하지 않습니다. 일어나는 모든 일은 엽록소 복합체에 의한 태양에너지의 포획, ATP에의 저장, 그리고 NADP를 NADP*H 2 로 환원시키기 위한 에너지의 사용뿐입니다. 빛에 의해 여기된 엽록소의 에너지 흐름은 틸라코이드 막에 내장된 효소의 전자 전달 사슬을 따라 전달되는 전자에 의해 제공됩니다.

NADP의 수소는 물에서 나오며 햇빛에 의해 산소 원자, 수소 양성자 및 전자로 분해됩니다. 이 과정을 광분해. 광합성에는 물의 산소가 필요하지 않습니다. 두 물 분자의 산소 원자가 결합하여 분자 산소를 형성합니다. 광합성의 가벼운 단계에 대한 반응식은 간략하게 다음과 같습니다.

H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2

따라서 광합성의 가벼운 단계에서 산소 방출이 발생합니다. 하나의 물 분자가 광분해될 때마다 ADP와 인산으로부터 합성되는 ATP 분자의 수는 1개 또는 2개로 다를 수 있습니다.

따라서 ATP와 NADP*H 2 는 밝은 단계에서 어두운 단계로 이동합니다. 여기서 첫 번째의 에너지와 두 번째의 환원력은 이산화탄소의 결합에 소모된다. 이 광합성 단계는 6개의 CO 2 분자가 NADP*H 2 분자에서 방출된 수소와 결합하여 포도당을 형성하는 방식으로 진행되지 않기 때문에 간단하고 간결하게 설명할 수 없습니다.

6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(반응은 ADP와 인산으로 분해되는 에너지 ATP의 소비로 발생합니다).

주어진 반응은 이해하기 쉽도록 단순화한 것일 뿐입니다. 실제로 이산화탄소 분자는 이미 준비된 5탄소 유기물질에 결합하면서 한 번에 하나씩 결합합니다. 불안정한 6탄소 유기 물질이 형성되어 3탄소 탄수화물 분자로 분해됩니다. 이들 분자 중 일부는 CO 2 를 결합하기 위해 원래의 5개 탄소 물질을 재합성하는 데 사용됩니다. 이러한 재합성이 보장됩니다. 캘빈주기. 세 개의 탄소 원자를 포함하는 소수의 탄수화물 분자가 순환을 종료합니다. 다른 모든 유기 물질(탄수화물, 지방, 단백질)은 이들과 다른 물질로부터 합성됩니다.

즉, 실제로는 광합성의 어두운 단계에서 포도당이 아닌 3탄당이 나오는 것입니다.

모든 살아있는 유기체와 마찬가지로 식물도 살고, 성장하고, 발달하려면 다양한 물질이 필요합니다. 그들은 식물 외부의 환경에서 나옵니다. 식물 세포에서는 다양한 화학 과정이 일어나며 그 결과 식물의 특징적인 다른 물질이 들어오는 물질로부터 형성됩니다.

토양에서 식물은 뿌리를 사용하여 무기(미네랄) 물질이 용해된 물을 흡수합니다. 그리고 식물의 녹색 부분, 주로 잎에서 유기 물질이 형성됩니다. 식물이 무기물질로부터 유기물질을 형성하는 과정을 소위 광합성.

광합성은 두 가지 주요 단계로 구성된 매우 복잡한 다단계 과정입니다.

• 스테이지 1(광상)전제 조건은 태양 에너지의 참여입니다! 이 과정은 빛으로 시작됩니다. 엽록소(엽록체에서 발견되는 물질)를 활성화합니다. 그리고 활성화된 엽록소는 물 분자를 수소와 산소로 분해합니다. 산소가 공기 중으로 방출됩니다.
• 2단계(어두운 단계)이 광합성 단계는 빛의 참여 없이 모든 과정이 일어나기 때문에 어둠이라고 불립니다. 이 단계에서는 광합성의 첫 번째 단계에서 얻은 이산화탄소와 활성 성분이 포함된 많은 화학 반응 과정에서 유기물(탄수화물)이 형성됩니다. 설탕(포도당).

광합성에 필요한 무기물질은 무엇입니까?이들은 이산화탄소와 물입니다. 이산화탄소는 공기 중에서 발견됩니다. 거기에는 약 0.03 %가 있습니다. 거의 모든 생명체의 호흡 과정에서 이산화탄소가 공기 중으로 방출됩니다. 따라서 공기 중에 이산화탄소가 거의 없으며 식물이 지속적으로 거기에서 흡수한다는 사실에도 불구하고 이산화탄소의 양은 지속적으로 보충됩니다. 또한, 무엇보다도 산업과 자동차는 이산화탄소를 대기 중으로 배출합니다. 광합성을 위한 물은 뿌리의 흡입 영역을 통해 토양에서 나옵니다.

광합성 중에 어떤 유기 물질이 형성됩니까?이것은 포도당입니다. 포도당은 탄수화물입니다. 그것은 달콤하며 설탕 분자의 일부입니다. 우리가 알고 있듯이 유기 물질에는 단백질, 지방, 탄수화물의 세 가지 주요 그룹이 있습니다. 식물에는 정말 단백질과 지방이 필요하지 않나요? 필요합니다. 그러나 광합성 과정에서 형성되는 것이 아니라 나중에 다양한 식물 세포와 기관에서 일어나는 다양한 생화학 반응의 결과로 형성됩니다. 뿌리를 포함합니다. 이러한 반응에는 포도당과 기타 화합물이 포함됩니다. 과도한 포도당은 식물에서 전분으로 전환되어 특수 기관(예: 괴경)에 저장됩니다.

광합성 중에 어떤 무기 물질이 형성됩니까?이것은 산소입니다. 그것은 공기 중으로 방출됩니다. 산소는 호흡 과정에서 살아있는 유기체에 의해 사용됩니다.

광합성 과정은 어떻게 진행됩니까?광합성 과정에는 햇빛이 필요합니다. 빛. 그는 다음을 포함합니다 에너지, 이는 식물에 의해 포도당 분자의 화학 결합 에너지로 변환됩니다. 광합성 과정에는 특별한 색소가 관여합니다 엽록소, 식물 세포의 엽록체에서 발견됩니다. 식물에 녹색을 주는 것은 엽록소입니다. 반사되는 녹색을 제외한 가시 광선의 전체 스펙트럼을 흡수합니다. 우리는 물체에 의해 반사되는 색상으로 물체를 봅니다.

따라서, 광합성은 특수 색소(식물에서는 엽록소)의 도움으로 발생하는 화학 결합에 빛 에너지를 저장하기 위해 무기 물질에서 유기 물질을 형성하는 과정입니다..

햇빛은 식물에게 매우 중요하기 때문에 가능한 한 많은 양의 햇빛을 얻으려고 노력합니다. 이를 위해 진화 과정에서 특별한 적응이 개발되었습니다. 식물의 잎은 일반적으로 평평하고 넓습니다. 그들의 피부는 얇고 투명합니다. 일반적으로 식물의 잎은 서로 그늘을 만들지 않도록 배열됩니다.

녹색 잎이 태양 에너지를 받는 동안 광합성의 전체 복잡한 단계별 과정은 엽록체에서 중단 없이 발생합니다. 포도당은 거의 즉시 전분과 같은 다른 탄수화물로 전환됩니다. 이 유기 물질은 인피의 체관을 통해 잎에서 식물의 모든 부분, 즉 새싹, 생성 기관으로 흐릅니다. 식물 세포의 포도당과 미네랄에서 수많은 변형 과정을 통해 단백질과 지방을 포함한 다른 유기 물질이 형성됩니다. 이 모든 유기 물질은 식물의 성장과 발달, 즉 몸을 만드는 데 사용되며 저장 조직에 저장되어 호흡 중에 사용됩니다.

광합성엽록체의 엽록소에 흡수된 태양(빛) 에너지를 사용하여 물과 대기 이산화탄소로부터 녹색 식물의 잎에 있는 유기 화합물을 합성하는 것입니다.

광합성 덕분에 가시광선 에너지는 포획되어 화학에너지로 변환되며, 이는 광합성 과정에서 형성된 유기물질에 저장(저장)됩니다.

광합성 과정이 발견된 날짜는 1771년으로 간주할 수 있습니다. 영국 과학자 J. Priestley는 동물의 중요한 활동으로 인한 공기 구성의 변화에 ​​주목했습니다. 녹색 식물이 있으면 공기는 다시 호흡과 연소에 적합해졌습니다. 그 후, 많은 과학자들(Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault)의 연구를 통해 녹색 식물이 공기 중 CO 2 를 흡수하고, 이로부터 빛에 물이 참여하여 유기물이 형성된다는 사실이 입증되었습니다. . 1877년에 독일 과학자 W. Pfeffer가 광합성이라고 불렀던 것은 바로 이 과정이었습니다. R. Mayer가 공식화한 에너지 보존 법칙은 광합성의 본질을 밝히는 데 매우 중요했습니다. 1845년에 R. Mayer는 식물이 사용하는 에너지는 태양의 에너지이며, 식물은 광합성 과정을 통해 화학 에너지로 변환한다고 제안했습니다. 이 입장은 뛰어난 러시아 과학자 K.A.의 연구에서 개발되고 실험적으로 확인되었습니다. Timiryazev.

광합성 유기체의 주요 역할:

1) 햇빛 에너지를 유기 화합물의 화학 결합 에너지로 변환합니다.

2) 대기의 산소 포화;

광합성의 결과로 지구에는 연간 1,500억 톤의 유기물이 형성되고, 연간 약 2,000억 톤의 유리산소가 배출됩니다. 대기 중 CO2 농도의 증가를 방지하여 지구의 과열(온실 효과)을 방지합니다.

광합성에 의해 생성된 대기는 유해한 단파장 자외선(대기의 산소-오존 보호막)으로부터 생물을 보호합니다.

태양 에너지의 1~2%만이 농업 식물의 수확에 사용되며 손실은 빛의 불완전한 흡수로 인해 발생합니다. 따라서 광합성 효율이 높은 품종의 선발과 광흡수에 유리한 작물구조 조성을 통해 생산성을 높일 수 있는 전망이 크다. 이와 관련하여 광합성 조절을 위한 이론적 기초 개발이 특히 중요해지고 있습니다.

광합성의 중요성은 엄청납니다. 모든 생명체의 존재에 필요한 연료(에너지)와 대기 ​​산소를 공급한다는 점만 참고하자. 따라서 광합성의 역할은 행성적입니다.

광합성의 행성성은 또한 산소와 탄소의 순환(주로) 덕분에 대기의 현재 구성이 유지되고, 이는 결국 지구상의 생명체의 추가 유지를 결정한다는 사실에 의해 결정됩니다. 더 나아가 광합성의 산물에 저장된 에너지는 본질적으로 인류가 현재 가지고 있는 주요 에너지원이라고 말할 수 있습니다.

광합성의 총반응

콜로라도 2 +H 2 O = (CH 2 오) + 오 2 .

광합성의 화학은 다음 방정식으로 설명됩니다.

광합성 – 2가지 반응 그룹:

가벼운 무대 (에 따라 다름 조명)

어두운 무대 (온도에 따라 다름).

두 그룹의 반응이 동시에 발생함

광합성은 녹색 식물의 엽록체에서 발생합니다.

광합성은 녹색 식물 세포의 엽록체에서 발견되는 엽록소 색소가 빛을 포착하고 흡수하는 것으로 시작됩니다.

이는 분자의 흡수 스펙트럼을 이동시키기에 충분한 것으로 밝혀졌습니다.

엽록소 분자는 스펙트럼의 보라색과 파란색, 그리고 빨간색 부분의 광자를 흡수하고 스펙트럼의 녹색과 노란색 부분의 광자와 상호 작용하지 않습니다.

이것이 엽록소와 식물이 녹색으로 보이는 이유입니다. 녹색 광선을 활용하여 전 세계를 돌아다니도록 내버려둘 수는 없습니다(따라서 더 푸르게 만듭니다).

광합성 색소는 틸라코이드 막의 안쪽에 위치합니다.

안료는 다음과 같이 구성됩니다. 광계(빛을 포착하기 위한 안테나 필드) - 250~400개의 다양한 색소 분자를 포함합니다.

광계는 다음으로 구성됩니다:

반응 센터광계(엽록소 분자 ㅏ),

안테나 분자

광계의 모든 색소는 여기 상태 에너지를 서로 전달할 수 있습니다. 하나 또는 다른 색소 분자에 의해 흡수된 광자 에너지는 반응 중심에 도달할 때까지 이웃 분자로 전달됩니다. 반응중심의 공명계는 들뜬 상태가 되면 두 개의 여기된 전자를 수용체 분자로 전달하여 산화되어 양전하를 얻습니다.

식물에서:

광계 1(파장 700nm에서 최대 광흡수 - P700)

광계 2(파장 680nm에서 최대 광흡수 - P680

최적 흡수의 차이는 색소 구조의 약간의 차이로 인해 발생합니다.

두 시스템은 두 부분으로 구성된 컨베이어처럼 함께 작동합니다. 비순환적 광인산화 .

에 대한 요약 방정식 비순환적 광인산화:

Ф - 인산 잔류물의 상징

주기는 광계 2에서 시작됩니다.

1) 안테나 분자는 광자를 포착하고 여기를 활성 중심 분자 P680에 전달합니다.

2) 여기된 P680 분자는 보조인자 Q에 전자 2개를 기증하는 동시에 산화되어 양전하를 얻습니다.

보조인자(보조 인자). 조효소나 효소가 그 기능을 수행하는 데 필요한 기타 물질

보조효소(보효소)[위도부터. co (cum) - 함께 및 효소], 기질 분자에서 효소에 의해 절단되는 개별 원자 또는 원자 그룹의 수용체로서 효소 반응에 참여하는 비 단백질 성질의 유기 화합물, 즉 효소의 촉매 작용을 수행합니다. 이러한 물질은 효소의 단백질 성분(아포효소)과 달리 비교적 작은 분자량을 가지며 일반적으로 열에 안정적입니다. 때때로 보효소는 예를 들어 이온을 포함하여 효소의 촉매 작용이 발생하는 데 필요한 저분자 물질을 의미합니다. K + , Mg 2+ 및 Mn 2+ . 효소가 위치하고 있습니다. 효소의 활성 센터에서 활성 센터의 기질 및 기능 그룹과 함께 활성화된 복합체를 형성합니다.

대부분의 효소는 촉매 활성을 나타내기 위해 조효소의 존재를 필요로 합니다. 예외는 조효소 없이도 기능을 수행하는 가수분해 효소(예: 프로테아제, 리파제, 리보뉴클레아제)입니다.

분자는 P680에 의해 감소됩니다(효소의 작용으로). 이 경우 물은 양성자로 해리되고 분자 산소,저것들. 물은 P 680에서 전자 보충을 보장하는 전자 기증자입니다.

광분해 물- 특히 광합성 중에 물 분자가 분리됩니다. 물의 광분해로 인해 산소가 생성되고, 이는 빛 속에서 녹색 식물에 의해 방출됩니다.

정의: 광합성은 빛 속에서 산소를 방출하면서 이산화탄소와 물로부터 유기 물질을 형성하는 과정입니다.

광합성 과정에는 다음이 포함됩니다.

1) 엽록체,

3) 이산화탄소,

5) 온도.

고등 식물에서 광합성은 엽록체(엽록소 색소를 함유한 타원형 색소체(반자율 소기관))에서 발생합니다. 이는 식물의 일부도 녹색을 띠는 녹색 덕분입니다.

조류에서 엽록소는 색소포(색소를 함유하고 빛을 반사하는 세포)에 포함되어 있습니다. 햇빛이 잘 닿지 않는 상당한 깊이에 서식하는 갈조류와 홍조류는 다른 색소를 가지고 있습니다.

모든 생물의 먹이 피라미드를 보면 독립영양생물(무기물에서 유기물을 합성하는 생물체) 중 맨 아래에 광합성 생물이 있다. 그러므로 그들은 지구상의 모든 생명체를 위한 식량의 원천입니다.

광합성 중에 산소가 대기 중으로 방출됩니다. 대기의 상층부에서는 오존이 형성됩니다. 오존 보호막은 가혹한 자외선으로부터 지구 표면을 보호하여 생명체가 바다에서 육지로 나올 수 있도록 해줍니다.

식물과 동물의 호흡에는 산소가 필요합니다. 포도당이 산소와 함께 산화되면 미토콘드리아는 산소가 없을 때보다 거의 20배 더 많은 에너지를 저장합니다. 이로 인해 음식을 훨씬 더 효율적으로 사용할 수 있게 되었고, 이로 인해 새와 포유류의 대사율이 높아졌습니다.

식물의 광합성 과정에 대한 자세한 설명

광합성 진행:

광합성 과정은 녹색 색소를 함유한 세포 내 반자율 소기관인 엽록체에 빛이 닿는 것으로 시작됩니다. 빛에 노출되면 엽록체는 토양의 물을 소비하기 시작하여 이를 수소와 산소로 분해합니다.

산소의 일부는 대기로 방출되고, 나머지 부분은 식물의 산화 과정에 사용됩니다.

설탕은 토양에서 나오는 질소, 황, 인과 결합하여 녹색 식물은 생명에 필요한 전분, 지방, 단백질, 비타민 및 기타 복합 화합물을 생성합니다.

광합성은 햇빛의 영향을 받아 가장 잘 일어나지만, 일부 식물은 인공조명에도 만족할 수 있습니다.

고급 독자를 위한 광합성 메커니즘에 대한 복잡한 설명

20세기 60년대까지 과학자들은 C3-5탄당 인산 경로를 통한 이산화탄소 고정 메커니즘을 하나만 알고 있었습니다. 그러나 최근 호주 과학자 그룹은 일부 식물에서 C4-디카르복실산 회로를 통해 이산화탄소 감소가 발생한다는 것을 증명할 수 있었습니다.

C3 반응이 있는 식물의 경우, 광합성은 주로 숲과 어두운 곳에서 적당한 온도와 빛의 조건에서 가장 활발하게 일어납니다. 이러한 식물에는 거의 모든 재배 식물과 대부분의 야채가 포함됩니다. 그들은 인간 식단의 기초를 형성합니다.

C4 반응이 있는 식물에서는 고온과 빛의 조건에서 광합성이 가장 활발하게 일어납니다. 이러한 식물에는 예를 들어 따뜻하고 열대 기후에서 자라는 옥수수, 수수, 사탕수수가 포함됩니다.

식물 대사 자체는 물을 저장하기 위한 특수 조직을 가진 일부 식물에서 이산화탄소가 유기산의 형태로 축적되어 하루가 지나면 탄수화물로 고정된다는 사실이 최근에 발견되었습니다. 이 메커니즘은 식물이 물을 절약하는 데 도움이 됩니다.

광합성 과정은 어떻게 진행됩니까?

식물은 엽록소라는 녹색 물질을 사용하여 빛을 흡수합니다. 엽록소는 줄기나 과일에서 발견되는 엽록체에서 발견됩니다. 잎에는 특히 많은 양이 있습니다. 왜냐하면 매우 평평한 구조로 인해 잎은 많은 빛을 끌어당겨 광합성 과정에서 훨씬 더 많은 에너지를 받을 수 있기 때문입니다.

흡수된 후 엽록소는 들뜬 상태에 있으며 식물체의 다른 분자, 특히 광합성에 직접 관여하는 분자에 에너지를 전달합니다. 광합성 과정의 두 번째 단계는 빛의 필수 참여 없이 이루어지며 공기와 물에서 얻은 이산화탄소의 참여로 화학 결합을 얻는 것으로 구성됩니다. 이 단계에서는 전분, 포도당 등 생명에 매우 유용한 다양한 물질이 합성됩니다.

이러한 유기 물질은 식물 자체에서 다양한 부분에 영양을 공급하고 정상적인 생명 기능을 유지하는 데 사용됩니다. 또한 이러한 물질은 동물이 식물을 먹음으로써 얻어지기도 합니다. 사람들은 또한 동물 및 식물 유래 식품을 섭취함으로써 이러한 물질을 얻습니다.

광합성 조건

광합성은 인공 조명과 햇빛의 영향으로 발생할 수 있습니다. 일반적으로 식물은 필요한 햇빛이 많은 봄과 여름에 자연에서 집중적으로 "작동"합니다. 가을에는 빛이 적고 낮이 짧아지며 잎이 먼저 노랗게 변한 다음 떨어집니다. 그러나 따뜻한 봄 햇살이 내리자마자 녹색 잎이 다시 나타나고 녹색 "공장"은 생명에 꼭 필요한 산소와 기타 많은 영양소를 공급하기 위해 다시 작업을 재개할 것입니다.

광합성의 대체 정의

광합성(고대 그리스 광광 및 합성 - 연결, 접기, 결합, 합성)은 광합성 색소(식물의 엽록소)가 참여하는 광독립영양생물에 의해 빛 에너지를 빛 속의 유기 물질의 화학 결합 에너지로 변환하는 과정입니다. , 박테리아의 박테리오클로로필 및 박테리오로돕신). 현대 식물 생리학에서 광합성은 이산화탄소를 유기 물질로 전환하는 것을 포함하여 다양한 에너지 섭취 반응에서 빛 양자 에너지의 흡수, 변형 및 사용 과정의 집합인 광독립영양 기능으로 더 자주 이해됩니다.

광합성의 단계

광합성은 다소 복잡한 과정이며 두 단계, 즉 항상 빛에서만 발생하는 빛과 어둠의 두 단계를 포함합니다. 모든 과정은 특별한 작은 기관인 틸라코디아의 엽록체 내부에서 발생합니다. 빛 단계에서는 빛의 상당량이 엽록소에 흡수되어 ATP와 NADPH 분자가 형성됩니다. 그런 다음 물은 분해되어 수소 이온을 형성하고 산소 분자를 방출합니다. ATP와 NADH라는 이해할 수 없는 신비한 물질은 무엇입니까?

ATP는 모든 살아있는 유기체에서 발견되는 특별한 유기 분자이며 종종 "에너지" 통화라고 불립니다. 고에너지 결합을 포함하고 신체의 모든 유기 합성 및 화학 과정에서 에너지원이 되는 것은 바로 이러한 분자입니다. 음, NADPH는 실제로 수소의 공급원이며, 이산화탄소를 사용하는 광합성의 두 번째 어두운 단계에서 발생하는 고분자 유기 물질, 즉 탄수화물의 합성에 직접 사용됩니다.

광합성의 가벼운 단계

엽록체에는 많은 양의 엽록소 분자가 포함되어 있으며 모두 햇빛을 흡수합니다. 동시에 빛은 다른 색소에 흡수되지만 광합성을 할 수는 없습니다. 과정 자체는 일부 엽록소 분자에서만 발생하며 그 수가 거의 없습니다. 엽록소, 카로티노이드 및 기타 물질의 다른 분자는 특수 안테나 및 광 수확 복합체(LHC)를 형성합니다. 안테나와 마찬가지로 빛의 양자를 흡수하고 여기를 특수 반응 센터나 트랩으로 전달합니다. 이 센터는 광계에 위치하고 있으며 식물에는 광계 II와 광계 I의 두 가지가 있습니다. 이들은 각각 광계 II - P680 및 광계 I - P700에 특수 엽록소 분자를 포함합니다. 이들은 정확히 이 파장(680 및 700nm)의 빛을 흡수합니다.

이 다이어그램은 광합성의 명 단계에서 모든 것이 어떻게 보이고 일어나는지 더 명확하게 보여줍니다.

그림에서 우리는 엽록소 P680과 P700을 가진 두 개의 광계를 볼 수 있습니다. 그림은 또한 전자 수송이 일어나는 캐리어를 보여줍니다.

따라서 두 광계의 엽록소 분자는 모두 빛 양자를 흡수하고 여기됩니다. 전자 e-(그림에서 빨간색)는 더 높은 에너지 레벨로 이동합니다.

흥분된 전자는 매우 높은 에너지를 가지며, 엽록체의 내부 구조인 틸라코이드 막에 위치한 특수한 전달체 사슬로 부서져 들어갑니다. 그림은 엽록소 P680의 광계 II에서 전자가 플라스토퀴논으로 이동하고 광계 I의 엽록소 P700에서 페레독신으로 이동함을 보여줍니다. 엽록소 분자 자체에는 제거 후 전자 대신 양전하를 띤 블루홀이 형성됩니다. 무엇을 해야 할까요?

전자 부족을 보충하기 위해 광계 II의 엽록소 P680 분자는 물에서 전자를 받아 수소 이온이 형성됩니다. 또한 산소가 대기 중으로 방출되는 것은 물의 분해로 인해 발생합니다. 그리고 그림에서 볼 수 있듯이 엽록소 P700 분자는 광계 II의 운반체 시스템을 통해 전자 부족을 보완합니다.

일반적으로 아무리 어렵더라도 이것이 바로 광합성의 가벼운 단계가 진행되는 방식이며, 그 주요 본질은 전자의 전달입니다. 또한 그림에서 볼 수 있듯이 전자 수송과 병행하여 수소 이온 H+가 막을 통해 이동하고 틸라코이드 내부에 축적됩니다. 거기에는 그것들이 많기 때문에 그들은 특별한 공액 인자의 도움으로 바깥쪽으로 이동합니다. 그림에서 주황색은 오른쪽에 표시되고 버섯처럼 보입니다.

마지막으로, 앞서 언급한 NADH 화합물이 형성되는 전자 전달의 마지막 단계를 살펴보겠습니다. 그리고 H+ 이온의 이동으로 인해 에너지 화폐인 ATP가 합성됩니다(그림 오른쪽 참조).

따라서 광합성의 가벼운 단계가 완료되고 산소가 대기로 방출되며 ATP와 NADH가 형성됩니다. 무엇 향후 계획? 약속된 유기물은 어디에 있나요? 그리고 주로 화학 공정으로 구성된 어두운 단계가 나옵니다.

광합성의 어두운 단계

광합성의 어두운 단계에서는 이산화탄소(CO2)가 필수 구성 요소입니다. 그러므로 식물은 지속적으로 대기로부터 이를 흡수해야 합니다. 이를 위해 잎 표면에 기공이라는 특별한 구조가 있습니다. 잎이 열리면 CO2가 잎으로 들어가고 물에 용해되어 광합성의 가벼운 단계와 반응합니다.

대부분의 식물에서 가벼운 단계 동안 CO2는 5개의 탄소로 구성된 유기 화합물(5개의 탄소 분자로 구성된 사슬)에 결합하여 3개의 탄소로 구성된 화합물 두 분자(3-포스포글리세린산)를 형성합니다. 왜냐하면 일차적인 결과는 바로 이러한 세 개의 탄소로 구성된 화합물이며, 이러한 유형의 광합성을 하는 식물을 C3 식물이라고 합니다.

엽록체의 추가 합성은 다소 복잡하게 발생합니다. 이는 궁극적으로 6개의 탄소로 구성된 화합물을 형성하며, 이로부터 이후에 포도당, 자당 또는 전분이 합성될 수 있습니다. 이러한 유기 물질의 형태로 식물은 에너지를 축적합니다. 이 경우, 그 중 일부만 잎에 남아 필요에 따라 사용되는 반면 나머지 탄수화물은 식물 전체를 여행하여 에너지가 가장 필요한 곳(예: 성장 지점)에 도달합니다.

1. 광합성은 플라스틱 대사 과정인가요, 아니면 에너지 대사 과정인가요? 왜?

광합성은 플라스틱 대사 과정을 의미합니다. 이 동반되다:

● 단순한 물질로부터 복잡한 유기 화합물을 합성함으로써, 즉: 포도당(C 6 H 12 O 6)이 무기 물질(H 2 O 및 CO 2)로부터 합성됩니다.

● 빛 에너지의 흡수.

2. 식물세포의 어느 소기관에서 광합성이 일어나는가? 광계란 무엇인가? 광계는 어떤 기능을 수행합니까?

광합성은 녹색 색소체(엽록체)에서 발생합니다.

광계는 엽록체 틸라코이드 막에 위치한 특수한 색소-단백질 복합체입니다. 광계에는 광계 I과 광계 II의 두 가지 유형이 있습니다. 각각은 색소 분자, 반응 센터 및 전자 운반체로 구성된 광 수확 안테나를 포함합니다.

광수집 안테나는 깔때기처럼 기능합니다. 색소 분자는 빛을 흡수하고 수집된 모든 에너지를 엽록소 a로 표시되는 트랩 분자가 있는 반응 센터로 전달합니다. 에너지를 흡수한 트랩 분자는 여기 상태가 되어 전자 중 하나를 특수 캐리어에 제공합니다. 산화한다. 따라서 광계는 빛을 흡수하여 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 기능을 수행합니다.

3. 지구상에서 광합성의 중요성은 무엇입니까? 광영양 유기체 없이 생물권의 존재가 불가능한 이유는 무엇입니까?

광합성은 태양의 빛 에너지가 합성된 유기 물질의 화학 결합 에너지로 변환되는 지구상의 유일한 과정입니다. 이 경우 유기 물질 합성을 위한 출발 화합물은 에너지가 부족한 무기 물질인 이산화탄소와 물입니다.

광합성 중에 형성된 유기 화합물은 식품의 일부로 광영양 유기체에서 초식 동물로 전달된 다음 육식 동물로 전달되어 다른 물질 합성을 위한 에너지원이자 건축 자재가 되어 새로운 세포와 구조를 형성합니다. 결과적으로 광영양생물의 활동 덕분에 종속영양생물의 영양적 요구가 충족됩니다.

또한 광합성은 대부분의 생명체의 호흡에 필요한 분자 산소의 공급원입니다. 오존층은 산소로부터 형성되고 유지되어 단파장 자외선의 유해한 영향으로부터 지구상의 생명체를 보호합니다. 광합성 덕분에 대기 중 CO 2 함량은 상대적으로 일정하게 유지됩니다.

4. 계획에 따라 광합성의 밝은 단계와 어두운 단계를 특성화합니다.

1) 누출 위치 2) 출발 물질; 3) 진행중인 프로세스; 4) 최종 제품.

어두운 단계에서는 광합성의 밝은 단계의 어떤 생성물이 사용됩니까?

광합성의 가벼운 단계.

1) 누출 장소: 틸라코이드막.

2) 출발 물질: H 2 O, 산화된 NADP(NADP +), ADP, H 3 PO 4. 광합성 색소(엽록소 등)도 명상이 일어나기 위해서는 꼭 필요하지만 명상이 일어나는 초기 물질이라고 할 수는 없다.

3) 발생 과정: 광계에 의한 빛의 흡수, 물의 광분해, 틸라코이드 외부로의 전자 수송, 틸라코이드 내부의 양성자 축적(즉, 틸라코이드 막에 전기화학적 전위의 출현), ATP 합성, 환원 NADP +.

4) 최종 생성물: ATP, 환원된 NADP(NADP H+H +), 부산물 - 분자 산소(O 2).

광합성의 어두운 단계.

1) 누출 장소 : 엽록체 간질.

2) 초기 물질: CO 2, ATP, 환원된 NADP(NADP H+H +).

3) 진행 중인 과정: ATP 가수분해 및 NADP H+H + 산화가 일어나는 동안 포도당 합성(CO 2 가 유기 물질로 환원).

4) 최종 생성물: 포도당(C 6 H 12 O 6), 산화된 NADP(NADP +), ADP, H 3 PO 4.

광합성의 암단계에서는 NADP H+H+(포도당 합성을 위한 수소 원자 공급원 역할) 및 ATP(포도당 합성을 위한 에너지원 역할)와 같은 가벼운 단계 생성물이 사용됩니다.

5. 광합성과 유산소호흡을 비교해보세요. 유사점과 차이점을 나타냅니다.

유사점:

● 효소를 포함하는 복잡한 다단계 공정.

● 광합성과 호기성 호흡의 마지막(산소) 단계는 이중막 소기관(각각 엽록체와 미토콘드리아)에서 발생합니다.

● 해당 소기관의 내부 막의 전자 전달 사슬을 따라 전자 전달, 이러한 막의 전위차 출현, ATP 합성 효소 및 ATP 합성 작업을 수반하는 산화 환원 과정.

차이점:

● 광합성 과정은 플라스틱 대사를 의미합니다. 무기 물질로부터 유기 물질의 합성을 동반하며 빛 에너지의 흡수와 함께 발생합니다. 유산소 호흡 과정은 복잡한 유기 물질이 분해되어 그 안에 포함된 에너지가 방출되기 때문에 에너지 대사를 의미합니다.

● 광합성은 광영양생물의 세포에서만 일어나고, 호기성 호흡은 대부분의 생물체(광영양생물 포함)의 세포에서 일어납니다.

● 다양한 출발물질과 최종제품. 광합성과 호기성 호흡의 요약 방정식을 고려하면 광합성의 산물이 실제로 호기성 호흡의 출발 물질이고 그 반대의 경우도 마찬가지임을 알 수 있습니다.

● NAD와 FAD는 호흡 과정에서 수소 원자의 운반체 역할을 하고, 광합성에서는 NADP 역할을 합니다.

그리고 (또는) 다른 중요한 기능.

6. 사람은 하루에 약 430g의 산소를 소비합니다. 평균 크기의 나무 한 그루는 연간 약 30kg의 이산화탄소를 흡수합니다. 한 사람에게 산소를 공급하려면 몇 그루의 나무가 필요합니까?

● 1인당 연간 산소 소비량은 430g × 365 = 156,950g입니다.

● 한 그루의 나무가 연간 흡수하는 이산화탄소의 화학적 양을 계산해 보겠습니다.

M(CO2) = 12 + 16 × 2 = 44g/mol. n(CO2) = m: M = 30,000g: 44g/mol ≒ 681.8mol.

● 광합성의 요약 방정식:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

6몰의 이산화탄소를 흡수하면 6몰의 산소가 방출됩니다. 이는 나무가 연간 681.8몰의 이산화탄소를 흡수하여 681.8몰의 산소를 방출한다는 것을 의미합니다.

● 나무가 연간 방출하는 산소의 양을 알아봅시다.

M(O 2) = 16 × 2 = 32g/mol. m(O 2) = n × M = 681.8 mol × 32 g/mol = 21,817.6 g

● 한 사람에게 산소를 공급하려면 몇 그루의 나무가 필요한지 알아봅시다. 나무 수 = 156,950g: 21,817.6 ≒ 7.2 그루.

답: 한 사람에게 산소를 공급하려면 평균 7.2그루의 나무가 필요합니다(적절한 대답은 "8그루" 또는 "7그루"입니다).

7. 연구자들은 밀 식물을 두 그룹으로 나누어 첫 번째 그룹의 식물은 빨간색 빛을, 두 번째 그룹의 식물은 녹색 빛을 조명한 것을 제외하고 동일한 조건에서 실험실에서 재배했습니다. 어느 식물 그룹에서 광합성이 더 집중적으로 진행되었습니까? 이것은 무엇과 관련이 있습니까?

광합성은 붉은 빛을 받은 식물에서 더욱 집중적으로 진행되었습니다. 이는 주요 광합성 색소인 엽록소가 적색광(스펙트럼의 청자색 부분 포함)을 집중적으로 흡수하고 녹색을 반사하여 이러한 색소의 녹색을 결정하기 때문입니다.

8*. 광합성 중에 방출되는 산소가 이산화탄소 분자나 다른 물질이 아닌 물 분자로부터 정확하게 형성된다는 것을 증명하기 위해 어떤 실험을 사용할 수 있습니까?

방사성 산소로 표지된 물이 광합성을 수행하는 데 사용되는 경우(분자는 안정한 핵종 16O 대신 산소 방사성 핵종을 포함함) 방출된 분자 산소에서 방사성 표지를 검출할 수 있습니다. 광합성을 위해 산소 방사성 핵종을 함유한 다른 물질을 사용하는 경우 방출된 O2에는 방사성 라벨이 포함되지 않습니다. 특히, 흡수된 이산화탄소 분자에 포함된 방사성 산소는 합성된 유기 물질에서 발견되지만 O 2의 구성에서는 발견되지 않습니다.

*별표가 표시된 과제는 학생들이 다양한 가설을 제시하도록 요구합니다. 따라서 채점할 때 교사는 여기에 주어진 답에만 초점을 맞추는 것이 아니라 각 가설을 고려하여 학생의 생물학적 사고, 추론의 논리, 아이디어의 독창성 등을 평가해야 합니다. 학생들이 주어진 답에 익숙해지도록 합니다.