광합성 과정에 대해서 알아보자

광합성 과정

광합성은 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하고 이를 설탕 분자의 형태로 저장하는 과정입니다. 광합성 과정은 식물과 세포에 엽록소가 있는 일부 박테리아 및 조류에서 발생합니다. 식물은 광합성 과정을 위해 이산화탄소, 물, 빛 에너지를 필요로 합니다. 이 과정은 세포질의 작은 소기관인 엽록체에서 발생합니다. 엽록소라고 하는 녹색 색소를 포함하는 식물 세포. 광합성은 주로 식물의 잎에서 일어나고 식물의 다른 부분(줄기, 뿌리 등)에서는 거의 또는 전혀 일어나지 않습니다.

 

광합성 과정을 수행하는 유기체는 광독립영양생물 이라고 합니다. 이 과정을 통해 스스로 양분을 생산할 수 있기 때문입니다. 광합성 과정에서 부산물로 산소가 방출됩니다. 바로 이 사실 때문에 광합성은 지구 생명체에 매우 중요합니다. 대기 중 산소 수준을 유지하는 것 외에도 거의 모든 생물은 에너지 또는 음식의 원천인 광합성과 직간접적으로 관련되어 있습니다. 광합성 과정에서 생성되는 에너지의 양은 약 100테라와트 정도로 매우 많습니다. 전 인류의 총 에너지 소비량의 약 6배에 달하는 양입니다. 광합성은 에너지와 더불어 생물체의 모든 유기물질의 탄소원 이기도 합니다. 전체적으로 광합성을 수행하는 유기체는 연간 약 1000억 톤의 탄소를 바이오매스로 전환합니다.

 

광합성은 종에 따라 다른 방식으로 발생할 수 있지만 일부 기본 특성은 동일합니다. 예를 들어, 이 과정은 항상 엽록소를 포함하는 광합성 반응 센터라고 하는 단백질에 의해 흡수된 빛 에너지로 시작됩니다. 식물에서 이러한 단백질은 엽록체 내부에서 발견되는 반면 박테리아에서는 세포질 막에 포함되어 있습니다. 엽록소를 통해 수집된 태양 에너지의 일부는 ATP(adenosine triphosphate) 형태로 저장됩니다. 나머지 에너지는 물과 같은 물질에서 전자를 제거하는데 사용됩니다. 이 전자는 이산화탄소가 유기 물질로 전환되는 반응에 사용됩니다. 식물, 조류 및 시아노박테리아에서 이 과정은 캘빈 주기로 알려진 일련의 반응에서 발생 하지만 클로로비움 박테리아의 역 크렙스 주기와 같은 일부 박테리아에서는 다릅니다. 많은 광합성 유기체는 이산화탄소를 농축하거나 저장하는 광합성 과정에 대한 특정 적응을 개발했습니다. 이것은 광합성 동안 생성된 당의 상당 부분을 소비할 수 있는 광호흡 과정을 돕습니다.

 

공생과 엽록체의 기원

여러 동물 그룹이 광합성 조류와 공생 관계를 형성합니다. 이러한 공생은 산호, 해면 및 말미잘 에서 가장 일반적이며, 아마도 이러한 동물 이 상대적으로 단순한 해부학적 구조 와 부피에 비해 큰 체표면을 가지고 있기 때문일 수 있습니다. 또한, Elysia viridis 및 Elysia chlorotica 와 같은 여러 연체동물도 조류에서 음식으로 가져와 체내에 저장하는 엽록체와 공생 관계를 맺고 있습니다. 이것은 이 연체 동물이 광합성을 통해 독점적으로 먹이를 먹고 몇 달 동안 생존할 수 있도록 합니다. 일부 유전자식물 세포의 핵 을 연체 동물로 옮겨 엽록체가 생존에 필요한 단백질을 공급할 수 있도록 했습니다.

 

더 가까운 형태의 공생은 엽록체의 기원을 설명할 수 있습니다. 엽록체는 원형 염색체, 원핵생물형 리보솜 및 광합성 반응 센터의 유사한 단백질을 포함하여 남조류와 많은 유사점을 공유 합니다. 내공생 이론에 따르면 광합성 세균은 엔도사이토시스(endocytosis)를 통해 초기 진핵 세포와 결합하여 최초의 식물 세포를 형성하는 것으로 생각됩니다. 이 이론에 따르면, 엽록체는 식물 세포 내부의 생명체에 적응한 광합성 박테리아일 수 있습니다. 미토콘드리아와 마찬가지로 엽록체도 숙주 식물의 세포핵 DNA와 분리된 자체 DNA를 가지고 있습니다. 그리고 엽록체 DNA의 유전자는 남조류의 유전자와 유사합니다.

 

남조류와 광합성의 진화

광합성 과정에서 전자의 공급원으로 물을 사용하는 생화학적 능력은 멸종된 시아노박테리아의 공통 조상에서 진화했습니다. 지질학적 기록에 따르면 이 사건은 지구의 초기 과거, 즉 최소 24억 5천만 년에서 23억 2천만 년 전, 그리고 아마도 훨씬 더 이전에 일어났음을 보여줍니다. 퇴적암에 대한 지구 생물학적 연구(25억 년 전)의 이용 가능한 증거에 따르면 지구에는 35억 년 전에 생명체가 존재했지만 산소 광합성이 진화한 궤적은 아직 답이 없습니다. 그러나 고생물학 데이터에 따르면 20억 년 전 기간동안 이미 다양한 형태의 청청 시아노박테리아가 있었는데, 이들은 원생대 (약 25억 ~ 5억 4,300만 년 전). 녹조류는 원생대 말에 대륙붕 지역 의 1차 생산자로 녹청 박테리아에 합류했으며, 중생대 (2억 5100만 년 전부터 6500만 년 전) 에만과 편모류, 조석류 및 규조류가 1차 생산자 역할을 맡았습니다. 거의 오늘날과 같은 형태의 바닷물. 시아노박테리아는 생물학적 질소 고정제로서, 그리고 변형된 형태로는 해조류의 색소체로서 해양 생태계 에 매우 중요한 것으로 여겨집니다.