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과학상식나라

멜빈 캘빈[Melvin Calvin] 광합성[光合成]

40,347 2018.04.30 12:58

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1911.4.8 ~ 1997.1.8
미국
물리화학자


 
식물이 물과 이산화탄소를 이용해 유기물을 합성하는 과정을 밝혀냈다. 1961년 애덤 벤슨과 공동으로 노벨 화학상을 받았다.
미네소타주(州) 세인트폴 출생. 미시간 광산공과대학에서 기술교육을 받은 후 화학으로 전환하여, 1935년 미네소타대학에서 학위를 받았다. 이어 영국으로 건너가 맨체스터대학에서 폴라니의 지도하에 물리화학을 연구하였다. 1937년 귀국하여 캘리포니아대학 교수가 되었다. 그의 업적은 조류(藻類)세포의 재생기간, 암세포의 증식과 성장에 미치는 중수(重水)의 영향, 유기화합물의 색과 구조, 유기반응의 경로, 운석(隕石) 중의 핵산입자의 발견 등이 있다. 그는 식물의 엽록소가 물과 공기 중의 이산화탄소를 이용하여 유기물을 합성하는 광합성과정을 밝힌 업적으로 1961년 노벨화학상을 수상하였다. 주요저서에는 《진화의 화학 Chemical evolution》(1969) 《탄소화합물의 광합성 The photosynthesis of carbon compounds》(1962) 등이 있다.

광합성 [photosynthesis, 光合成] : 녹색식물이나 그 밖의 생물이 빛에너지를 이용해 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 작용이다. 일반적으로는 녹색식물에 의한 에너지 변환 과정을 의미한다.

녹색식물의 세포에 들어 있는 엽록체가 광합성이 일어나는 장소이다. 엽록체는 5~10μm의 크기를 가지는 타원형의 기관인데, 엽록체 안에는 틸라코이드라고 하는 납작한 주머니들이 들어 있으며 그 주변은 스트로마라고 하는 액체로 채워져 있다. 광합성은 크게 명반응과 암반응이라는 두 단계로 나뉘는데, 명반응은 빛이 있어야 진행되는 반응이며 암반응은 빛이 없어도 진행되는 반응을 말한다. 명반응이 일어난 후 암반응이 진행되는데, 명반응은 틸라코이드의 막에서 일어나고 암반응은 스트로마에서 일어난다.

명반응
틸라코이드의 막에는 엽록소와 전자전달계가 있어 명반응이 일어난다. 명반응은 다시 물의 광분해와 광인산화반응의 두 단계로 나눌 수 있다. 물의 광분해과정은 엽록소에 흡수된 빛에너지에 의해 물(H2O)이 분해되는 것으로, 전자(e-)와 수소이온(H+), 그리고 산소(O2)를 만들어낸다. 광인산화과정은 엽록소가 흡수한 빛에너지를 화학에너지로 전환시켜 ATP를 만들어내는 과정이다. 빛에너지가 엽록소에 흡수되면 엽록소가 흥분하여 전자를 방출하는데, 이 전자가 전자전달계를 거치면서 ATP를 만들어낸다. 또 광인산화 과정에서 NADPH2도 함께 만들어지는 데 이들은 암반응에 쓰인다.

암반응
엽록체의 스트로마에서 일어나는 암반응은 명반응에서 생성된 ATP와 NADPH2를 이용해 이산화탄소(CO2)로부터 포도당과 같은 탄수화물을 합성하는 과정이다. 암반응에는 무수히 많은 효소가 관여하고 있기 때문에 온도의 영향을 받는다.
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