광합성(photosynthesis)

**光合成(photosynthesis)이란?**광합성이란 말 그대로 광에너지를 이용하여 유기 화합물을 만드는 것. 영어도 'photo; 광, 빛' + 'synthesis, 하나로 만들다'의 의미이다. 즉, 태양 에너지를 이용하여 이산화탄소로 유기화합물인 당(sugars)을 만들어 내는 것이다. 광합성은 식물, 말(조류) 및 여러 종류의 박테리아에 볼 수있으나 고세균류(Archaea)에서는 볼 수 없다. 광합성을 하는 생물은 스스로 필요한 영양분을 만들 수 있기 때문에 광독립영양생물(photoautotrop)이라고 한다. 식물, 말(algae) 및 시아노박테리아는 광합성에 이산화탄소와 물을 사용하고 폐기물로 산소를 방출한다.　광합성은 지구상의 모든 유산소 생명체의 생명 유지에 필수적이다. 또한 대기 중의 정상적인 산소 농도를 유지하며 거의 모든 생명체는 광합성을 직접 에너지원으로 사용하던가 아니면 간접적인 에너지원으로 사용하기 때문에 모든 에너지의 근원이라 할 수 있다[바위나 심해 熱水 분출공 근처에 사는 화학적자력영양체(chemoautotroph)만 제외]. 광합성에 의한 에너지 포집은 어마어마해서 거의 100 테라와트(terawatts, 10와트)에 달하며 인류 섭취량의 6배에 달한다. 에너지 뿐만아니라 광합성은 유기체에서 볼 수 있는 모든 유기화합물의 구성요소인 탄소의 원천이기도 하다(생물을 '유기물 또는 유기체'라고 하는 이유). 광합성 유기체들은 연간 100~115 테라그램의 탄소를 생물체(biomass)로 바꾼다.　종에따라 광합성을 하는 방법도 조금씩 다르지만 일부 특징은 항상 똑같다. 즉, 광합성은 엽록체에 있는 광합성반응센터(photosynthetic reaction center)라고 하는 단백질이 빛을 흡수하여 에너지를 얻을 때부터 시작된다. 식물은 이 단백질들이 엽록소 안에 있고, 박테리아는 원형질막에 박혀있다. 엽록체가 모은 일부 빛 에너지는 ATP(adenosine triphosphate) 형태로 저장되고 나머지는 물과 같은 물질들의 전자를 제거하는데 쓰인다. 이러한 전자들은 이산화탄소를 유기화합물로 전환시키는 반응에 이용된다. 식물, 말 및 박테리아에서는 캘빈 회로(Calvin cycle)이라고 하는 일련의 반응으로 완성되나 일부 클로로비움屬(Chlorobium) 박테리아에서는 크렙스 회로(Krebs cycle)라는 역반응이 일어난다. 거의 모든 광합성 생물들은 이산화탄소를 농축하거나 저장할 수 있는데 이는 쓸데없는 광호흡을 줄이는데 유용하다.　최초 광합성 생명체가 나타난 것은 약 35억년 전으로 생각되며 그 때 지구는 생명 진화 역사 초기로 미생물들만이 가득하고 이산화탄소는 더욱 많았을 것으로 생각된다. 그 때는 전자의 원천이 물보다는 수소나 황화수소 이었을 가능성이 높다. 그 이후 시아노박테리아가 30억년 전경 나타나고 그들이 지구에 산소를 공급하자 지구는 극적인 변화가 일어나기 시작하여 24억년 전에는 새로운 대기가 형성되어 원생생물과 같은 복잡한 생명체의 진화될 수 있었다. 마침내 10억년 전 경 원생동물 중 한 무리가 시아노박테리아와 공생관계를 형성하게 되었고 이들이 결국 식물과 말(algae)의 조상이 되었다. 현대 식물의 엽록소는 이 고대 공생 시아노 박테리아의 후손인 셈이다.　녹색식물은 대기중의 이산화탄소를 기공을 통하여 흡수하고 부리로는 물을 흡수하여 당을 만들고, 그 당과 다른 광물질들을 결합하여 여러 가지 필요한 유기물질을 만들어 조직을 만들고, 쓰이고 남은 물질들은 다른 조직으로 이동되어 생장에 쓰이거나 열매나 뿌리에 저장하면서 살아가게 된다. 사료작물을 재배한다는 것은 작물이 광합성을 잘 할 수 있게 하는 것이고, 식물을 수확한다는 것은 광합성 산물을 거두어 들이는 것이다. 초지나 사료작물의 생산량을 높인다는 것은 결국 광합성 효율이 높은 식물을 선택(육종)하고, 어떤 요인들이 광합성에 영향을 미치는가를 이해하며(생리생태), 광합성을 잘 할 수 있도록 외부환경을 만들어주는 것이라고 할 수 있다(관리).(자료 : Wikipedia로 부터 재편집)

독립영양생물과 종속영양생물과의 관계

광합성은 태양 에너지를 화학 에너지로 바꾸는 것

光合成(photosynthesis)의 개요광

합성생물이란 광독립영양생물(photoautotroph)로써 빛 에너지를 이용하여 이산화탄소로부터 직접 양분을 합성할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 광종속영양생물(photoheterotroph)은 탄소 자원을 이산화탄소 대신에 유기물에서 얻기 때문에 모든 생물체가 광합성의 에너지원으로 빛을 이용하는 것은 아니다. 또 대부분의 광합성 생물은 광합성 산물로 산소를 방출하지만 일부 박테리아는 이산화탄소를 소모하지만 산소를 발생하지는 않는다. 결국 이산화탄소가 당으로 전환되기 때문에 이 과정을 탄소고정이라고 한다. 탄소고정은 산화환원반응이므로 이 반응이 일어나기 위해서는 에너지와 이산화탄소를 탄수화물로 바꿔(환원반응) 줄 전자가 필요한 것이다. 전체적으로 보면 광합성은 당이 산화되어 이산화탄소와 물 및 화학적 에너지를 방출하는 세포내 호흡과 반대 과정이라고 할 수 있으나 이 두 반응은 전혀 다른 화학적 연속반응과 세포의 다른 부분에서 일어난다.

2n CO2 ＋ 2n H2O ＋ photons　―――→　2(CH2O)n ＋ n O2 ＋ 2n A

이산화탄소 ＋ 전자공여체 ＋ 빛 에너지　―――→　　탄수화물 ＋ 산소 ＋ 산화된 전자공여체

호기적광합성(oxygenic photosynthesis)은2

n CO2 ＋ 2n H2O ＋ photons　―――→　2(CH2O)n ＋ 2n O2

이산화탄소 ＋ 물 ＋ 빛 에너지　―――→　　탄수화물 ＋ 산소

전자공여체로 물 대신 비산염과 같은 화합물로 대체하면(혐기적광합성)

(ASO33-) ＋ CO2 ＋ photons　―――→　CO ＋ (ASO43-)

아비산염 ＋ 이산화탄소 ＋ 빛 에너지　―――→　일산화탄소 ＋ 비산염(arsenate)

광합성은 2단계로 일어난다. 첫단계는 광의존 반응 또는 빛에너지를 포획하는 명반응으로 빛을 이용하여 에너지 저장 분자인 ATP와 NADPH를 만든다. 두번째 단계에서는 광독립 반응인 암반응으로 앞서 얻은 에너지로 이산화탄소를 포집하여 환원시킨다. 산소를 생산하는 대부분의 유기체는 광합성에 가시광선을 이용하지만 극히 일부(적어도 3종) 유기체는 적외선을 사용하기도 한다.