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호흡과 광합성: 학습 가이드

핵심 개념

호흡은 음식의 에너지를 ATP로 내보내고 광합성은 빛에너지를 당에 저장한다. 두 과정은 거의 거울상이며, 문제는 각 단계가 어디에서 일어나고 무엇이 드나드는지를 묻는다.

  • 호기 호흡: 해당 과정은 세포질, 크렙스 회로는 미토콘드리아 기질, 전자 전달계는 안쪽 막에서 일어난다. 산소가 최종 전자 수용체이고 포도당 한 분자당 약 30 ATP가 만들어진다.
  • 산소가 없으면 세포는 발효한다. 동물은 젖산을, 효모는 CO₂와 에탄올을 만들며 포도당당 2 ATP뿐이다.
  • 광합성: 틸라코이드의 명반응이 ATP, NADPH, O₂를 만들고 스트로마의 캘빈 회로가 CO₂를 당으로 고정한다.
  • 호흡 지수 RQ = 발생한 CO₂ ÷ 소비한 O₂는 탄수화물이 약 1.0, 지방이 0.7, 단백질이 0.9이다.

핵심 식

  • C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ATP
  • 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
  • RQ = CO₂ produced ÷ O₂ consumed
  • efficiency = energy out ÷ energy in × 100

풀이 예제

발아하는 씨앗이 같은 시간에 CO₂ 80 mL를 내놓고 O₂ 100 mL를 쓰면 RQ = 80 ÷ 100 = 0.8로 지방과 탄수화물이 섞여 쓰였음을 시사한다. 포도당 180 g(1 mol)을 만들려면 CO₂ 6 mol, 즉 6 × 44 = 264 g이 필요하다. 식물이 빛에너지 100 kJ 중 2 kJ를 저장하면 효율은 2 %이다.

자주 하는 실수

  • 광합성은 빛에서만, 호흡은 어둠에서만 일어난다고 말하는 것. 식물은 항상 호흡한다.
  • 캘빈 회로를 틸라코이드 막에 두는 것. 스트로마에서 일어난다.
  • 두 과정의 산물을 바꿔 말하는 것. 광합성은 O₂를, 호흡은 CO₂를 내놓는다.

연습

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광합성과 제한 요인 시뮬레이터

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