태양을 아시죠? 그것은 우리 녹색 친구 인 식물부터 시작하여 지구상의 모든 유기체에 전력을 공급할만큼 많은 에너지를 방출하는 거대한 연소 가스 공입니다. 태양은 모든 종류의 전자기 복사를 방출하고 식물은 가시광 선의 형태로 나타나는 에너지를 사용하여 광합성 의 거칠고 마법 같은 과정을 수행합니다 .
그러나 광합성은 마법이 아닙니다. 엽록체라고하는이 작은 세포 구조의 멋진 화학적 수작업으로, 식물과 진핵 조류 에서만 발견되는 세포 기관의 일종 (진핵 생물은 명확하게 정의 된 핵을 가지고 있음을 의미합니다)을 포착하여 그 에너지를 음식으로 전환합니다. 식물을 위해.
고대 박테리아에서 진화 한 엽록체
엽록체 는 에너지 생산을 담당하는 진핵 세포 에서 발견되는 또 다른 유형의 세포 기관인 미토콘드리아와 매우 유사합니다 . 이는 둘 다 오래 전의 박테리아가 둘러싸여 있었지만 소화되지 않았을 때 진화했기 때문에 놀라운 일이 아닙니다! -더 큰 박테리아. 그것은 두 유기체 사이에 일종의 강제 협력을 가져 왔고 우리는 이제 " 내 공생 가설 "이라고 불리는 작은 것을 통해 설명합니다 . 엽록체와 미토콘드리아는 모두 나머지 세포와 독립적으로 번식하며 자체 DNA를 가지고 있습니다.
엽록체는 식물의 모든 녹색 부분에서 발견 될 수 있으며 기본적으로 엽록소 라고하는 빛을 흡수하는 색소를 포함하는 작은 주머니 ( 틸라코이드 라고 하는 구조 )를 많이 보유하고있는 가방 (이중 막이 있음을 의미) 안에있는 가방입니다. , 일부 체액에 부유 ( 간질 이라고 함 ).
엽록체의 광합성 마법의 열쇠는 막에 있습니다. 엽록체는 오래 전에 자체 세포막을 가진 독립적 인 박테리아로 시작 되었기 때문에이 세포막에는 두 개의 세포막이 있습니다. 외막은 박테리아를 둘러싸고있는 세포에서 남고 내막은 박테리아의 원래 막입니다. 바깥 쪽 막은 선물의 포장지로 생각하고 안쪽 막은 장난감이 원래 들어온 상자로 생각하세요. 광합성을위한 가장 중요한 공간은 상자 내부와 장난감 사이의 공간 인 틸라코이드입니다.
엽록체는 배터리처럼 그라디언트에서 작동합니다.
엽록체의 이중 막은 4 개의 뚜렷한 공간, 즉 세포 외부의 공간이있는 두 개의 구분선을 만듭니다. 세포 내부의 세포질; 엽록체 내부에 있지만 틸라코이드 외부의 기질 (내부 막과 외막, 포장지 및 상자 사이의 공간) 틸라코이드 공간-기본적으로 원래 박테리아 내부에 있습니다. 틸라코이드 자체는 막으로 덮인 작은 주머니 더미 일뿐 입니다. 실제로는 막으로 정의됩니다. 이 막은 사물이 공간 사이를 순회하지 못하게하는 구분선으로, 엽록체가 특정 영역에 전하를 띤 입자를 비축하고 특정 채널을 통해 한 공간에서 다른 공간으로 이동할 수 있도록합니다.
버지니아 주 팜빌에있는 롱 우드 대학 의 생물 및 환경 과학과 부교수 브랜든 잭슨은 "배터리가 작동하는 방식이 바로 그 방법 입니다. "배터리의 한쪽 끝에는 많은 양의 전자를 넣고 다른쪽에는 많은 양의 전하를 넣는 데 에너지가 필요합니다. 두 끝을 와이어로 연결하면 전자가 실제로 아래로 흐르고 전기를 평평하게하기를 원합니다. 그들은 너무 많이 흐르기를 원하기 때문에 전구, 모터 또는 컴퓨터 칩과 같은 와이어를 따라 무언가를 넣으면 이동하면서 자신을 유용하게 만들 것입니다. 유용한 일을하면 운동은 여전히 에너지를 방출하지만 열과 같습니다. "
Jackson에 따르면 식물 세포에서 배터리를 만들려면 그라디언트를 만들고 유지하기위한 에너지 원과 분배기가 있어야합니다. 그래디언트가 평평 해지면 그것을 만드는 데 사용 된 에너지의 일부가 빠져 나갑니다. 따라서 엽록체 배터리의 경우 식물이 태양으로부터 에너지를 받고 틸라코이드를 덮고있는 막이 분리 된 수소 이온 (양성자)의 서로 다른 농도를 구분하는 역할을 할 때 전기 화학적 구배가 생성됩니다. 일부 물 분자.
에너지를 따르십시오
엽록체 내부에서 많은 화학이 일어나고 있지만 화학의 결과는 태양 광을 저장된 에너지로 변환하는 것입니다. 기본적으로 배터리가 생성됩니다.
따라서 에너지를 따르십시오.
태양은 잎사귀에 비친다. 그 태양 에너지는 잎에있는 물 분자 내부의 전자를 여기시킵니다. 여기 된 전자가 많이 튀기 때문에 물 분자에있는 수소와 산소 원자가 분해되어이 들뜬 전자를 광합성의 첫 단계 인 효소와 단백질의 집합체로 발사합니다. 그리고 물을 분해하여 수소 이온 (배터리에 사용되는 양성자 및 식물 쓰레기로 공기 중에 떠오르는 산소 가스)을 생성하는 광계 II 라는 안료 가 있습니다.
이 에너지가 공급 된 전자는 그 에너지를 사용하여 막 사이의 공간에서 광합성의 모든 광 의존적 반응이 발생하는 틸라코이드 공간으로 수소 이온을 호위하는 이온 펌프에 전력을 공급하는 다른 막 결합 단백질로 전달됩니다. Photosystems 및 전자 펌프는 스택 및 틸라코이드 파우치 스택에 기질 (틸라코이드과 내막 사이의 유체 공간)에서 수소 이온 펌핑, 틸라코이드 막의 표면 표지 - 이들 이온은 실제로 이러한 나가야 할 전기 화학적 구배를 생성하는 틸라코이드. 이런 식으로 밖에 나갈 때 얼굴에 비추는 빛 에너지가 무선 이어 버드를 실행하는 것과 같은 일종의 배터리로 변환됩니다.
이 시점에서 광 시스템 I 이 인수되어 배터리에서 생성 된 에너지를 임시로 저장합니다. 이제 전자가 구배를 따라 이동하도록 허용되었으므로 훨씬 더 이완되어 빛을 흡수하여 다시 에너지를 공급하고 그 에너지를 사용하는 특수 효소, 전자 자체 및 여분의 양성자로 전달합니다. NADPH를 만드는데, 이는 나중에 포도당을 만드는 데 사용될 화학 에너지를 단기적으로 저장하는 에너지 운반 분자입니다.
이 점에서, 광 에너지는 두 위치에서 지금 : 그것은 NADPH에 저장된 및 틸라코이드 내부의 수소 이온 농도의 차이의 전기 화학적 구배로 밖에 그 기질의 비교.
"그러나 틸라코이드 내부의 높은 수소 이온 구배는 분해되기를 원합니다. 분해 해야 합니다."라고 Jackson은 말합니다. "그라디언트는 본질적으로 엔트로피 의 반대 인 '조직'을 나타냅니다 . 그리고 열역학은 엔트로피가 항상 증가하려고 시도 할 것이므로 그래디언트가 분해되어야합니다. 따라서 각 틸라코이드 내부의 수소 이온은 실제로 빠져 나가고 자합니다. 하지만 하전 된 입자는 인지질 이중층을 어디에서나 통과 할 수 없습니다. 전자가 배터리의 한쪽면에서 만들기 위해 와이어가 필요한 것처럼 통과 할 수있는 일종의 채널이 필요합니다. 다른 사람에게. "
그래서, 전기 모터를 그 와이어에 놓고 전자가 자동차를 운전하게 만드는 것처럼 수소 이온이 통과하는 채널은 모터입니다. 이 양성자는 수력 발전 댐을 통해 상승 기울기 아래로 흐르는 물처럼 그들에게 제공된 채널을 통해 흐르고, 그 움직임은 에너지의 또 다른 단기 저장 형태 인 ATP를 생성하는 반응을 생성하기에 충분한 에너지를 만듭니다.
이제 원래의 빛 에너지는 NADPH와 ATP의 형태로 단기 저장 화학 에너지로 변환되었으며, 이는 나중에 엽록체 내의 암흑 반응 ( 캘빈주기 또는 탄소 고정주기 라고도 함)에서 유용 할 것입니다. ,이 액체에는 NADPH, ATP 및 이산화탄소를 식물에 공급하거나, 호흡을 돕거나, 셀룰로오스를 생산하는 데 사용되는 당으로 전환 할 수있는 효소가 포함되어 있기 때문에 모두 간질로 내려갑니다.
"포도당으로 만들어진 셀룰로오스와 같은 복잡한 유기 분자는 만드는 데 많은 에너지가 필요하며 모든 것이 태양에서 나옵니다."라고 Jackson은 말합니다. "에너지에 이어 광파 에너지, 여기 전자 에너지, 전기 화학 경사 에너지, NADPH 및 ATP 형태의 화학 에너지로 시작합니다. 산소 가스는 숨을 내쉬고 NADPH 및 ATP는 사용되지 않습니다. 세포 내에서 다른 작업을 수행합니다. 대신 둘 다 탄소 고정 주기로 전달되어 다른 효소가이를 분해하고 그 에너지를 추출하여 포도당과 다른 유기 분자를 만드는 데 사용합니다. "
그리고이 모든 것은 엽록체라고 불리는 작은 세포 기관 덕분입니다.
이제 흥미 롭 네요
때문에 엽록소가 빨간색과 파란색 빛을 흡수에 중대하다 , 그러나 녹색 빛을 흡수하지 않습니다, 잎은 빛의 색상이 있기 때문에 우리의 눈에 녹색 나타나 그것의 반사된다.
