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Photosynthesis · ⁨광합성⁩

A-Level Biology · ⁨A-Level 생물학⁩ · Topic 13 · ⁨주제 13⁩

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8:58

광합성

나무에 대해很奇怪一件事. 거의 모든 부분이 땅에서 나온 것이 아니다. 나무, 잎, 열매 — 그 질량의 거의 대부분은…에서 끌어올려졌다.

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in⁩

13.1

The chloroplast · ⁨엽록체⁩

Syllabus
English
  1. describe the relationship between the structure of chloroplasts, as shown in diagrams and electron micrographs, and their function
  2. explain that energy transferred as ATP and reduced NADP from the light-dependent stage is used during the light-independent stage (Calvin cycle) of photosynthesis to produce complex organic molecules
  3. state that within a chloroplast, the thylakoids (thylakoid membranes and thylakoid spaces), which occur in stacks called grana, are the site of the light-dependent stage and the stroma is the site of the light-independent stage
  4. describe the role of chloroplast pigments (chlorophyll a, chlorophyll b, carotene and xanthophyll) in light absorption in thylakoids
  5. interpret absorption spectra of chloroplast pigments and action spectra for photosynthesis
  6. describe and use chromatography to separate and identify chloroplast pigments (reference should be made to $R_f$ values in identification of chloroplast pigments)
  7. state that cyclic photophosphorylation and non-cyclic photophosphorylation occur during the light-dependent stage of photosynthesis
  8. explain that in cyclic photophosphorylation: • only photosystem I (PSI) is involved • photoactivation of chlorophyll occurs • ATP is synthesised
  9. explain that in non-cyclic photophosphorylation: • photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII) are both involved • photoactivation of chlorophyll occurs • the oxygen-evolving complex catalyses the photolysis of water • ATP and reduced NADP are synthesised
  10. explain that during photophosphorylation: • energetic electrons release energy as they pass through the electron transport chain (details of carriers are not expected) • the released energy is used to transfer protons across the thylakoid membrane • protons return to the stroma from the thylakoid space by facilitated diffusion through ATP synthase, providing energy for ATP synthesis (details of ATP synthase are not expected)
  11. outline the three main stages of the Calvin cycle: • rubisco catalyses the fixation of carbon dioxide by combination with a molecule of ribulose bisphosphate (RuBP), a 5C compound, to yield two molecules of glycerate 3-phosphate (GP), a 3C compound • GP is reduced to triose phosphate (TP) in reactions involving reduced NADP and ATP • RuBP is regenerated from TP in reactions that use ATP
  12. state that Calvin cycle intermediates are used to produce other molecules, limited to GP to produce some amino acids and TP to produce carbohydrates, lipids and amino acids
한국어
  1. 도표와 전자 현미경 사진으로 보이는 클로로플라스트의 구조와 기능 간의 관계를 서술하시오
  2. 광의존 단계에서 ATP 및 환원 NADP로 전달되는 에너지가 광합성의 비광의존 단계(캘빈 회로)에서 복합 유기분자를 만드는 데 사용된다고 설명하시오
  3. 클로로플라스트 내에서 티코이드(티코이드 막 및 티코이드 공간)는 그라나(grana)라고 불리는 단층을 이루어 광의존 단계의 장소이며, 스톰바(stroma) 는 비광의존 단계의 장소임을 명시하시오
  4. 티코이드에서의 빛 흡수에서 클로로플라스트 색소(클로로필 a, 클로로필 b, 카로텐 및 잔토필)의 역할을 서술하시오
  5. 클로로플라스트 색소의 흡수 스펙트럼과 광합성에 대한 작용 스트럼을 해석하시오
  6. 크로마토그래피를 사용하여 클로로플라스트 색소를 분리하고 식별하며 서술하시오 (클로로플라스트 색소 식별 시 $R_f$ 값에 언급할 것)
  7. 회전형 광인산화(cyclic photophosphorylation) 와 비회전형 광인산화(non-cyclic photophosphorylation) 가 광합성의 광의존 단계에서 일어난다고 명시하시오
  8. 회전형 광인산화에서 다음이 일어난다고 설명하시오: • 오직 광계 I(PSI)만 관여함 • 클로로필의 photoactivation 발생 • ATP가 합성됨
  9. 비회전형 광인산화에서 다음이 일어난다고 설명하시오: • 광계 I(PSI) 와 광계 II(PSII) 모두 관여함 • 클로로필의 photoactivation 발생 • 산소 방출 복합체가 물의 광해離를 촉매함 • ATP와 환원 NADP가 합성됨
  10. 광인산화 과정에서 다음이 일어난다고 설명하시오: • 높은 에너지를 가진 전자가 전자 운반 체인을 통과하면서 에너지를 방출한다 (운반체의 상세 내용은 요구되지 않음) • 방출된 에너지는质子를 티코이드 막을 가로질러 이동시키는 데 사용된다 •质子는 ATP 합성효소를 통한 촉진 확산을 통해 티코이드 공간으로부터 스톰바로 돌아가며, 이는 ATP 합성에 필요한 에너지를 제공한다 (ATP 합성효소의 상세 내용은 요구되지 않음)
  11. 캘빈 회로의 세 가지 주요 단계를 개관하시오: • 루비스코(rubisco) 가 5C 화합물인 리불로스 이인산(RuBP) 분자와 결합하여 CO₂를 고정하고, 3C 화합물인 글리세레이트 3-인산(GP) 두 분자를 생성함催化 • GP는 환원 NADP와 ATP가 관여하는 반응에서 트리오스 인산(TP)으로 환원됨 • RuBP는 ATP를 사용하는 반응에서 TP로부터 재생됨
  12. 캘빈 회로의 중간 산물이 다른 분자를 만드는 데 사용됨을 명시하시되, GP에서 일부 아미노산, TP에서 탄수화물, 지방 및 아미노산을 만든다는 점으로 제한하시오

Source: Cambridge International syllabus · ⁨출처: Cambridge International syllabus⁩

English

Photosynthesis 光合作用 happens inside the chloroplast 叶绿体. Its structure suits its two stages:

  • inside are stacks of flat sacs called thylakoids 类囊体. A stack of thylakoids is a granum (plural grana 基粒). The thylakoid membranes hold the light-trapping pigments and are the site of the first stage.
  • the fluid around the thylakoids is the stroma 基质, the site of the second stage.
한국어

광합성은 엽록체 내부에서 일어난다. 그 구조는 두 단계에 적합하다:

  • 내부에는 평평한 주머니 모양의 티락로이드(thylakoids) 뭉치가 있다. 티락로이드의 뭉치를 **그라NUM(grana, 복수형 grana)**이라 한다. 티락로이드 막은 빛을 포획하는 색소들을 포함하고 있으며, 첫 번째 단계의 장소이다.
  • 티락로이드 주변의 액상은 **스톰아(stroma)**로, 두 번째 단계의 장소이다.

녹른잎을 비친 햇빛 *잎이 녹색인 이유는 엽록체에 색소인 엽록소가 가득하기 때문

외막을 가진 엽록체, 라멜라로 연결된 그라를 형성하는 티락로이드 원반의 뭉치들이 모두 스톰아에 잠겨 있음 *티락로이드는 그라를 형성하여 쌓이며(여기서 첫 번째 단계가 일남); 주변 스톰아에서 두 번째 단계가 일어난다

수초 잎 세포 내부에 있는 수많은 작은 초록 원반 *현미경으로 본 수초(Elodea) 잎 세포 내의 엽록체(작은 초록 원반들)

Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore the chloroplast · ⁨엽록체 탐험하기⁩

Tap each part. The light-dependent stage runs on the thylakoid membranes (grana); the Calvin cycle runs in the stroma around them. · ⁨각 부분을 클릭하십시오. 광의존 단계(thylakoid 막/그라나)에서 일어나며, 캘빈 회로는 그 주변 스토마(stroma)에서 진행됩니다.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
photosynthesis/ˌfəʊtəʊˈsɪnθəsɪs/ 광합성
chloroplast/ˈklɔːrəʊplæst/ 叶绿体( chloroplast )
thylakoid/ˈθaɪləkɔɪd/ 티락오이드
grana/ˈɡrɑːnə/ 그라나(grana)
stroma/ˈstrəʊmə/ 스토마
light-dependent stage/laɪt dɪˈpendənt steɪdʒ/ 광의존 단계
reduce/rɪˈdjuːs/ 감축(reduce)
light-independent stage/laɪt ˌɪndɪˈpendənt steɪdʒ/ 빛 비의존 단계(light-independent stage)
13.1

The two stages of photosynthesis · ⁨광합성의 두 단계⁩

English

Photosynthesis has two linked stages:

  1. the light-dependent stage 光反应阶段 happens in the thylakoids. It uses light energy to make ATP and reduced 还原 NADP.
  2. the light-independent stage 暗反应阶段, also called the Calvin cycle 卡尔文循环, happens in the stroma. It uses the ATP and reduced NADP from the first stage to build complex organic molecules from carbon dioxide 二氧化碳.
한국어

광합성은 서로 연결된 두 단계로 이루어진다:

  1. 광의존적 단계는 티락로이드에서 일어난다. 빛 에너지를 사용하여 ATP와 환원된 NADP를 만든다.
  2. 광비의존적 단계, 즉 **캘빈 회로(Calvin cycle)**는 스톰아에서 일어난다. 첫 번째 단계에서 생성된 ATP와 환원된 NADP를 사용하여 이산화탄소로부터 복잡한 유기물질을 합성한다.

티락로이드에서의 광의존적 단계가 ATP와 환원된 NADP를 스톰아의 캘빈 회로로 전달하고,(calvin cycle)는 ADP와 NADP를 다시 보내며, 물과 빛이 첫 번째 단계로 들어와 산소를 방출하고, 이산화탄소는 두 번째 단계로 들어와 당을 만듦 *두 단계는 연결되어 있다: 첫 번째 단계가 만든 ATP와 환원된 NADP를 두 번째 단계가 사용하여 CO₂를 당으로 전환함

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
Calvin cycle/ˈkælvɪn ˈsaɪkl/ 캘빈 회로
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ 이산화탄소
13.1

Chloroplast pigments · ⁨엽록체 색소⁩

English

A pigment 色素 is a coloured substance that absorbs light. The thylakoids hold several pigments that work together to trap as much light as possible:

  • chlorophyll 叶绿素 a and chlorophyll b (which absorb mainly red and blue light),
  • carotene 胡萝卜素 and xanthophyll 叶黄素 (which absorb other colours and pass the energy on).

We study them with two graphs. An absorption spectrum 吸收光谱 shows how much light each pigment absorbs at each wavelength. An action spectrum 作用光谱 shows how fast photosynthesis goes at each wavelength. The two graphs match closely, which shows the pigments drive photosynthesis.

You can separate the pigments by chromatography 色谱法: the pigments travel different distances up the paper. Each pigment is identified by its Rf value 比移值 (the distance the pigment moved divided by the distance the solvent moved).

한국어

**색소(pigment)**는 빛을 흡수하는有色 물질이다. 티락로이드에는尽可能 많은 빛을 포획하도록 협력하는 여러 색소가 포함되어 있다:

  • 엽록소 a 및 엽록소 b(주요적으로 붉은색과 파란색 빛을 흡수),
  • 카로텐(carotene) 및 잔토필(xanthophyll)(다른 색상을 흡수하여 에너지를 전달).

우리는 두 개의 그래프를 통해 이들을 연구한다. **흡수 스펙트럼(absorption spectrum)**은 각 색소가 특정 파장에서 얼마나 많은 빛을 흡수하는지를 보여준다. **활성 스펙트럼(action spectrum)**은 각 파장에서의 광합성 속도를 보여준다. 두 그래프가 밀접하게 일치한다는 것은 색소들이 광합성을 주도함을 의미한다.

파장에 대해 겹치는 두 곡선: 색소의 흡수 스펙트럼과 광합성의 활성 스펙트럼, 모두 파란색과 붉은색 빛에서 높고 녹색 빛에서 낮음 *흡수 스트럼과 활성 스펙트럼이 일치: 파란색과 붉은색 빛이 가장 많이 사용되고, 녹색 빛은 가장 적게 사용됨

색소를 **크로마토그래피(chromatography)**로 분리할 수 있다: 색소들은 종이에 오르는 거리가 다르다. 각 색소는 Rf 값(색소가 이동한 거리 ÷ 용매가 이동한 거리)으로 식별된다.

종이 크로마토그래피 결과: 잎 색소가 다른 높이에서 점으로 분리됨 — 카로텐이 가장 위, 다음에 엽록소 a, 엽록소 b, 잔토필 — 점의 이동 거리와 용매의 이동 거리가 표시됨 *각 색소는 자체 이동 거리를 따라 종이를 올라가고, Rf 값은 점의 이동 거리 ÷ 용매의 이동 거리임

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
pigment/ˈpɪɡmənt/ 색소
chlorophyll/ˌklɔːrəʊˈfɪl/ 클로로필
carotene/ˈkærəʊtiːn/ 카로텐(carotene)
xanthophyll/ˈzænθəfɪl/ 잔토펄(xanthophyll)
absorption spectrum/əbˈsɔːpʃn ˈspektrəm/ 흡수 스펙트럼
action spectrum/ˈækʃn ˈspektrəm/ 작용 스펙트럼
chromatography/krəʊməˈtɒɡrəfi/ 크로마토그래피
Rf value/ˌɑːˈref ˈvæljuː/ Rf 값
13.1

The light-dependent stage · ⁨광의존적 단계⁩

English

In the thylakoids, light is used to make ATP. This is photophosphorylation 光合磷酸化, and it comes in two forms.

In cyclic photophosphorylation 循环光合磷酸化:

  • only photosystem 光系统 I (PSI) is used.
  • photoactivation 光激活 of chlorophyll occurs (light boosts its electrons 电子 to a higher energy).
  • only ATP is made.

In non-cyclic photophosphorylation 非循环光合磷酸化:

  • both photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII) are used.
  • photoactivation of chlorophyll occurs.
  • the oxygen-evolving complex 放氧复合体 carries out the photolysis 光解 (splitting by light) of water, which releases oxygen 氧气.
  • both ATP and reduced NADP are made.

In both forms, energy is released in the same way:

  1. energetic electrons pass along an electron transport chain 电子传递链, releasing energy as they go.
  2. this energy is used to pump protons 质子 across the thylakoid membrane.
  3. the protons flow back into the stroma through ATP synthase ATP合酶, and this flow provides the energy to make ATP.
한국어

티락로이드에서 빛을 사용하여 ATP를 생성한다.これを **광인산화(photophosphorylation)**라고 하며, 두 가지 형태로 나타난다.

**순환 광인산화(cyclic photophosphorylation)**에서:

  • **광계I(photo system I, PSI)**만 사용된다.
  • 엽록소의 **광활성化(photoactivation)**가 발생한다(빛이 전자들의 에너지를 높임).
  • ATP만 생성된다.

비순환 광인산화에서:

  • 광계 I(PSI)와 광계 II(PSII)가 모두 사용된다.
  • 엽록소의 광활성이 발생합니다.
  • 산소 방출 복합체는 물의 광해리(빛에 의한 분해)를 수행하여 산소를 방출한다.
  • ATP와 환원된 NADP가 모두 생성된다.
빛에 의해 물이 분해되어 산소가 방출되고, 전자가 광계 II에서 전자 전달 체인을 따라 이동하며(ATP 생성), 광계 I을 거쳐 NADP 환원에 참여함
비순환 광인산화에서는 광해리가 물을 분해하고, 전자는 PSII → PSI로 흐르며 ATP와 환원된 NADP가 생성됨

두 형태 모두 에너지가 다음과 같은 방식으로 방출된다:

  1. 고에너지 전자가 전자 전달 체인을 따라 이동하면서 에너지를 방출한다.
  2. 이 에너지는 양성자를 라코이드 막을 가로질러 펌핑하는 데 사용된다.
  3. 양성자는 ATP 합성효소를 통해 스마로 다시 유입되며, 이 흐름이 ATP 생성에 필요한 에너지를 제공한다.
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The light-dependent stage · ⁨광의존 단계⁩

Step through it. Light excites electrons and splits water; the result is ATP, reduced NADP and oxygen. · ⁨단계별로 확인하십시오. 빛이 전자(electrons)를 여기시키고 물을 분해하며, 결과물은 ATP, 환원 NADP 및 산소입니다.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
photophosphorylation/ˌfəʊtəʊˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ 광인산화
cyclic photophosphorylation/ˈsaɪklɪk ˌfəʊtəʊˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ 순환 광인산화(cyclic photophosphorylation)
photosystem/ˌfəʊtəʊˈsɪstəm/ 광계(포토시스템)
photoactivation/ˌfəʊtəʊˌæktɪˈveɪʃn/ 광활성化(photoactivation)
electron/ɪˈlektrɒn/ 전자
non-cyclic photophosphorylation/nɒn ˈsaɪklɪk ˌfəʊtəʊˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ 비순환 광인산화(non-cyclic photophosphorylation)
oxygen-evolving complex/ˈɒksɪdʒn ɪˈvɒlvɪŋ ˈkɒmpleks/ 산소 발생 복합체(oxygen-evolving complex)
photolysis/fəʊˈtɒləsɪs/ 광해離(photolysis)
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ 산소
electron transport chain/ɪˈlektrɒn ˈtrænspɔːt tʃeɪn/ 전자 전달계
proton/ˈprəʊtɒn/ proton
ATP synthase/ˌeɪ tiː ˈpiː ˈsɪnθeɪs/ ATP 합성효소
fixation/fɪkˈseɪʃn/ 고정
enzyme/ˈenzaɪm/ 효소
regenerate/riːˈdʒenəreɪt/ 재생/regenerate
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ 아미노산
carbohydrate/ˌkɑːbəʊˈhaɪdreɪt/ 탄수화물
lipid/ˈlɪpɪd/ 지질
13.1

The Calvin cycle · ⁨카반 순환⁩

English

The light-independent stage builds sugars in three main steps:

  1. fixation 固定 — the enzyme 酶 rubisco joins carbon dioxide to a 5-carbon molecule, RuBP (ribulose bisphosphate). This makes two molecules of a 3-carbon compound, GP (glycerate 3-phosphate).
  2. reduction — GP is reduced to TP (triose phosphate) using reduced NADP and ATP from the light-dependent stage.
  3. regeneration — most of the TP is used to regenerate 再生 the RuBP (using more ATP), so the cycle can keep running.

Some TP leaves the cycle to make useful molecules. GP can be used to make some amino acids 氨基酸, and TP can be used to make carbohydrates 碳水化合物, lipids 脂质 and amino acids.

한국어

광 비의존 단계는 세 가지 주요 단계를 통해 당을 합성한다:

  1. 고정 — 효소인 루비스코가 탄산 가스를 5탄소 화합물인 RuBP(리불로스 이인산)에 결합시킨다. 이로 인해 3탄소 화합물인 GP(글리세린 3인산) 두 분자가 생성된다.
  2. 환원 — GP는 광 의존 단계에서 생성된 환원된 NADP와 ATP를 사용하여 TP(트리오스 인산)로 환원된다.
  3. 재생 — 대부분의 TP는RuBP를 재생성하는 데 사용되며(추가 ATP 필요), 이를 통해 순환이 계속 유지된다.
카반 순환은 RuBP, GP, TP로 이루어진 고리 구조: 탄산 가스가 RuBP에 고정되어 GP를 만들고, GP는 ATP와 환원된 NADP를 사용하여 TP로 환원되며, TP는 RuBP를 재생성하고 일부 TP는 당 합성을 위해 순환에서 나옴
고정은 RuBP에 CO₂를 추가함; 환원은 ATP와 환원된 NADP를 사용하여 TP를 만듦; 재생은 RuBP를 다시 만듦; 일부 TP는 당으로 전환됨

일부 TP가 순환에서 빠져나와 유용한 분자를 만든다. GP는 일부 아미노산을 만드는 데 사용될 수 있으며, TP는 탄수화물, 지질 및 아미노산을 만드는 데 사용될 수 있다.

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The Calvin cycle · ⁨칼빈 회로⁩

Step around the cycle. CO₂ is fixed onto RuBP, reduced to sugar using the light-stage's ATP and NADP, and RuBP is regenerated. · ⁨회로의 한 단계. CO₂가 RuBP에 고정되어, 광반응에서 생성된 ATP와 NADP를 사용하여 당으로 환원되며, RuBP가 재생됩니다.⁩

13.2

Limiting factors · ⁨제한 요인⁩

Syllabus
English
  1. state that light intensity, carbon dioxide concentration and temperature are examples of limiting factors of photosynthesis
  2. explain the effects of changes in light intensity, carbon dioxide concentration and temperature on the rate of photosynthesis
  3. describe and carry out investigations using redox indicators, including DCPIP and methylene blue, and a suspension of chloroplasts to determine the effects of light intensity and light wavelength on the rate of photosynthesis
  4. describe and carry out investigations using whole plants, including aquatic plants, to determine the effects of light intensity, carbon dioxide concentration and temperature on the rate of photosynthesis
한국어
  1. 빛의 강도, 이산화탄소 농도 및 온도가 광합성의 한계 요인의 예임을 명시하시오
  2. 빛의 강도, 이산화탄소 농도 및 온도의 변화가 광합성 속도에 미치는 영향을 설명하시오
  3. DCPIP 및 메틸렌 블루를 포함한 산화환원 지시제와 클로로플라스트 현탁액을 사용하여 광합성 속도에 빛의 강도와 빛의 파장이 미치는 영향을 결정하는 실험을 서술하고 수행하시오
  4. 수생식물을 포함한 전체 식물(whole plants)을 사용하여 광합성 속도에 빛의 강도, 이산화탄소 농도 및 온도가 미치는 영향을 결정하는 실험을 서술하고 수행하시오

Source: Cambridge International syllabus · ⁨출처: Cambridge International syllabus⁩

English

A limiting factor 限制因素 is the one in shortest supply that holds back the rate of photosynthesis. The three main ones are light intensity 光照强度, carbon dioxide concentration 浓度, and temperature 温度.

  • raising light intensity speeds up photosynthesis, until some other factor becomes limiting.
  • raising carbon dioxide concentration speeds it up, until some other factor becomes limiting.
  • raising temperature speeds it up, but only to an optimum; too high and the enzymes denature.

You can measure the rate of the light-dependent stage with a redox indicator 指示剂 such as DCPIP or methylene blue and a suspension of chloroplasts: the dye loses its colour as the chloroplasts work, and you can test different light intensities or light wavelengths 波长. With a whole aquatic plant 水生植物 you can count the bubbles of oxygen given off to compare rates under different conditions.

Worked example. A plant photosynthesising steadily is suddenly deprived of carbon dioxide. What happens to the levels of GP and RuBP? Follow the cycle one step at a time. Carbon dioxide is fixed when RuBP combines with it, catalysed by rubisco, to make GP. Remove the carbon dioxide and that reaction stops, so GP is no longer being made - yet GP continues to be used up, reduced to TP using ATP and reduced NADP. So GP falls. Meanwhile RuBP is still being regenerated from TP but is no longer being consumed, so RuBP rises. The method never changes: find the reaction that stops, then ask of each substance whether it is still being made and still being used. Removing the light instead gives the mirror image: with no ATP or reduced NADP, GP cannot be reduced, so GP rises and RuBP falls.

한국어

제한 요인은 광합성 속도를 저해하는 가장 부족한 요소이다. 세 가지 주요 제한 요인은 빛의 강도, 탄산 가스 농도, 그리고 온도이다.

  • 빛의 강도를 높이면 다른 요인이 제한 요인이 될 때까지 광합성이 빨라진다.
  • 탄산 가스 농도를 높이면 다른 요인이 제한 요인이 될 때까지 광합성이 빨라진다.
  • 온도를 높이면 최적점까지 광합성이 빨라지지만, 너무 높으면 효소가 변성된다.
빛의 강도에 따른 광합성 속도 곡선 두 개가 상승 후 평평해지는 모습: 높은 곡선이 더 높은 탄산 가스 농도 또는 더 높은 온도를 나타냄
속도가 상승할 때는 빛이 제한 요인이며, 평평해지는 지점에서는 다른 요인(CO₂ 또는 온도)이 속도를 제한함

광 의존 단계의 속도를 DCPIP 또는 메틸렌 블루와 같은 산화-환원 지시약과 엽록체 현탁액을 사용하여 측정할 수 있다: 엽록체가 작용하면 염료가 색을 잃으며, 서로 다른 빛의 강도나 빛의 파장을 테스트할 수 있다. 전체 수생 식물을 사용할 경우 서로 다른 조건 하에서 속도를 비교하기 위해 방출되는 산소 기포를 세어볼 수 있다.

작업 예시. 일정한 속도로 광합성을 하는 식물이 갑자기 탄산 가스를 공급받지 못하면 GP와 RuBP의 수준에는 어떤 변화가 생기는가? 순환을 한 단계씩 따라가서 확인하라. 탄산 가스는 루비스코에 의해 촉매되어 RuBP와 결합할 때 GP를 만들어 고정된다. 탄산 가스를 제거하면 그 반응이 멈추므로 GP가 더 이상 생성되지 않는다—그런데도 GP는 사용되어 ATP와 환원된 NADP로 TP로 환원된다. 따라서 GP가 감소한다. 동시에 RuBP는 여전히 TP로부터 재생되지만 더 이상 소비되지 않으므로 RuBP가 증가한다. 이 방법은 항상 동일하다: 멈춘 반응을 찾아보고 각 물질이 여전히 생성되고 있는지, 여전히 사용되고 있는지를 질문하라는 것이다. 대신 빛을 제거하면 반대 결과가 나타난다: ATP나 환원된 NADP가 없으므로 GP는 환원될 수 없어 GP가 증가하고 RuBP가 감소한다.

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What limits photosynthesis · ⁨광합성을 제한하는 요인⁩

Change light and CO₂. The rate is set by whichever factor is in shortest supply — raising the others won't help. · ⁨빛과 CO₂를 변경하세요. 속도는 가장 부족한 요인에 의해 결정되므로 다른 요인을 높여도 도움이 되지 않습니다.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
limiting factor/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfæktə/ 제한 인자
light intensity/laɪt ɪnˈtensɪti/ 빛의 강도
concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ 농도
temperature/ˈtemprɪtʃə/ 온도
indicator/ˈɪndɪkeɪtə/ 지시약
wavelength/ˈweɪvleŋθ/ 파장
aquatic plant/əˈkwætɪk plænt/ 수생 식물(aquatic plant)
13.2

Exam tips · ⁨시험 팁⁩

English
  • Separate the two stages: light-dependent (thylakoid — photolysis, ATP, reduced NADP, O2) and the Calvin cycle (stroma — CO2 fixed by rubisco, GP → TP).
  • Read limiting-factor graphs: the plateau is where a different factor (light, CO2 or temperature) limits the rate.
  • Interpret chromatography with the $R_f$ value to identify pigments.
  • Link chloroplast structure to function (thylakoid stacks for the light reactions; stroma for the Calvin cycle).
한국어
  • 두 단계를 분리합니다: 광반응 (테일라코이드 — 광해수분, ATP, 환원 NADP, O2) 및 캘빈 회로 (스트롬 — rubisco에 의한 CO2 고정, GP → TP).
  • 제한 요인 그래프 읽기: 평탄 구간에서는 다른 요인(빛, CO2 또는 온도)이 속도를 제한함.
  • 크로마토그래피 결과를 $R_f$ 값과 함께 해석하여色素를 식별한다.
  • 엽록체의 구조와 기능을 연결한다(광 반응용 틸라코이드 적층; 카반 순환용 스토마).

Interactive lessons on this topic · ⁨이 주제에 대한 인터랙티브 수업⁩

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Past Papers · ⁨과거 시험지⁩

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