생명과학 고3 세포호흡과 광합성

광합성

엽록체에서 빛에너지를 이용해 CO2와 H2O로부터 포도당을 합성하는 과정이다.

엽록체가 빛에너지를 써서 이산화 탄소와 물로부터 포도당을 만드는 과정으로, 빛에너지를 화학 에너지로 바꿔 저장하는 반응입니다.

광합성은 '충전', 세포 호흡은 '사용'입니다. 광합성이 빛에너지를 포도당이라는 배터리에 저장하면, 세포 호흡이 그 배터리를 꺼내 씁니다.

쉽게 말하면

광합성의 전체 반응은 다음과 같습니다.

$6 C O_{2} + 6 H_{2} O 빛에너지 C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}$

이 한 줄은 두 단계가 합쳐진 것입니다. 먼저 틸라코이드 막에서 명반응이 빛을 흡수해 물을 분해하고, 그 에너지로 ATP와 NADPH를 만듭니다. 이때 물이 쪼개지며 나온 산소가 우리가 숨 쉬는 산소입니다.

다음으로 스트로마에서 탄소 고정 반응이 명반응이 만든 ATP와 NADPH를 써서 $C O_{2}$ 를 포도당으로 조립합니다. 이 단계는 빛이 직접 필요하지 않지만, 명반응이 준 에너지 없이는 돌아가지 않습니다.

두 단계 모두 각 반응을 담당하는 효소가 붙어 있어, 온도가 너무 높으면 효소가 변성되어 광합성이 급격히 떨어집니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

빛의 세기를 올리면 광합성이 계속 빨라질까

처음에는 비례해서 빨라지지만 어느 지점부터는 더 이상 빨라지지 않습니다. 빛이 충분해지면 이제 $C O_{2}$ 농도나 온도가 발목을 잡기 때문입니다. 가장 부족한 것 하나가 전체 속도를 정한다는 점이 핵심입니다.
예시 2

보상점 — 광합성량과 호흡량이 같아지는 빛의 세기

식물도 24시간 호흡합니다. 새벽처럼 빛이 약하면 광합성으로 만든 양보다 호흡으로 쓰는 양이 많아 식물은 손해를 봅니다. 두 양이 같아져 겉보기 기체 출입이 0이 되는 지점을 보상점이라 하고, 이보다 빛이 세야 식물이 자랍니다.
예시 3

물에 담근 검정말에서 기포가 올라오는 실험

빛을 비추면 검정말 잎에서 기포가 올라옵니다. 이 기포가 산소이고, 그 산소는 $C O_{2}$ 가 아니라 물( $H_{2} O$ )이 분해되어 나온 것입니다 — 산소 동위원소로 물을 표지하면 산소에서만 표지가 검출되어 확인됩니다.

자주 하는 오해

광합성이 내놓는 산소가 이산화 탄소에서 나온다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움

C O_{2}

에 산소가 두 개 있으니 그 산소가 방출된다

실제로는방출되는

O_{2}

는 전부 물(

H_{2} O

)이 분해되어 나온 것입니다.

명반응에서 빛에너지가 물을 쪼개 전자와 수소 이온, 산소를 만듭니다.

C O_{2}

의 산소는 포도당과 물 쪽으로 갑니다. 그래서 반응식의 물 계수가 6이고 산소 계수도 6입니다.

식물은 낮에만 호흡한다 / 밤에만 호흡한다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움낮에는 광합성을 하고 밤에는 호흡을 한다

실제로는식물은 밤낮 없이 항상 호흡합니다. 낮에는 광합성량이 호흡량보다 커서 겉보기에 산소를 내놓는 것처럼 보일 뿐입니다.

광합성은 엽록체에서, 호흡은 미토콘드리아에서 따로 일어납니다. 서로를 끄는 스위치가 아니라 동시에 돌아가는 두 공정입니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

세포 호흡고3 엽록체고3 효소고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

연계 개념 — 과목을 넘어 함께 보면 좋아요

대기 조성과 층상 구조고2 산화·환원 반응고2 오존층고2 온실 효과와 지구 복사 수지고3

같은 단원의 개념 — 세포호흡과 광합성

광계 I·II고3 광합성 영향 요인고3 명반응고3 발효고3 세포 호흡고3 전자전달계와 산화적 인산화고3 탄소 고정 반응(캘빈 회로)고3 해당 과정고3 화학삼투고3 TCA 회로고3

자주 묻는 질문

Q1탄소 고정 반응을 '암반응'이라고 부르면 안 되나요?

어둠 속에서도 일어난다는 오해를 부르기 때문에 요즘은 '탄소 고정 반응'이라고 씁니다. 빛을 직접 쓰지는 않지만, 명반응이 만든 ATP와 NADPH가 끊기면 곧 멈춥니다.

Q2광합성과 세포 호흡은 정확히 반대 반응인가요?

전체 반응식만 보면 뒤집힌 모양이지만, 실제 경로와 장소, 효소는 전혀 다릅니다. 광합성은 엽록체에서 에너지를 저장하고, 세포 호흡은 미토콘드리아에서 그 에너지를 꺼내 ATP로 바꿉니다.

Q3온도를 계속 올리면 광합성도 계속 빨라지나요?

아닙니다. 어느 온도까지는 효소 활성이 커져 빨라지지만, 최적 온도를 넘으면 효소가 변성되어 급격히 떨어집니다. 대개

30 - 4 0^{\circ} C

부근에서 정점을 지납니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 생명과학 · 세포호흡과 광합성 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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