잎사귀 속 작은 초록 알갱이(엽록체)에서 일어나는 가장 신비로운 화학 반응. 빛으로 음식을 만들고 산소까지 내놓는 일.
식물의 잎은 작아 보이지만 사실 거대한 화학 공장이다. 매 순간 햇빛을 받아 이산화탄소와 물로 포도당과 산소를 만든다 — 이 반응이 광합성(photosynthesis)이다.
광합성은 잎 세포 안의 엽록체(chloroplast)에서 일어난다. 엽록체에 들어 있는 엽록소(chlorophyll)가 빛 에너지를 흡수해 화학 반응을 일으킨다. 우리가 잎을 초록색으로 보는 이유도 엽록소가 빨강·파랑 빛은 흡수하고 초록 빛만 반사하기 때문이다.
광합성의 화학 반응식:
6CO₂ + 6H₂O → (빛, 엽록소) C₆H₁₂O₆ + 6O₂
· 입력: 이산화탄소(공기에서) + 물(뿌리에서) + 빛 에너지(태양)
· 출력: 포도당(에너지 저장) + 산소(공기로 방출)
한 장의 잎이 햇빛을 받으면, 그 순간부터 광합성이 시작된다. 잎 안의 수십만 개의 엽록체가 동시에 빛을 흡수해 CO₂와 H₂O를 포도당으로 바꾼다.
지구상의 모든 광합성은 매년 약 1,000억 톤의 탄소를 대기에서 식물 속으로 옮긴다. 이 거대한 화학 공장이 우리가 숨 쉴 산소와 먹을 음식을 모두 만들어 낸다.
이끼(Plagiomnium affine)의 잎을 현미경으로 본 모습. 초록색 동그란 점들이 바로 엽록체이다. 잎이 초록색으로 보이는 이유는 이 엽록체가 빛의 빨간색과 파란색을 흡수하고 초록색을 반사하기 때문.
한 식물 세포 안에 평균 40~50개의 엽록체가 있고, 잎 한 장에는 수십억 개가 있다.
오늘 우리가 당연하게 여기는 광합성 과정은, 사실 수많은 과학자들의 실험이 130년에 걸쳐 밝혀낸 것이다. 모두 식물이 흙이나 공기 중에서 어떻게 자라는지 묻는 질문에서 시작되었다.
실험 방법: 검정말(수초)을 비커에 넣고 빛을 비춰 보면 잎에서 산소 방울이 올라온다. 이 방울 수를 1분 동안 세면 광합성 속도를 알 수 있다. 빛의 세기·온도·이산화탄소 농도를 바꿔 비교하면 어떤 요인이 광합성에 영향을 주는지 확인할 수 있다.
광합성의 속도는 환경 조건에 따라 변한다.
빛이 강할수록 광합성이 활발해진다. 하지만 일정 세기 이상에서는 더 이상 증가하지 않는다.
광합성 효소가 잘 작동하는 25~30°C 부근에서 최적. 너무 낮거나 너무 높으면 줄어든다.
CO₂ 농도가 높을수록 광합성 재료가 많아져 활발해진다. 비닐하우스에서 CO₂를 공급하기도.