식물 내에서 광합성의 효율은 어느정도인가요?

Question

최대효율에 도달하려면 어떻게 되어야 하나요?

또한 세포호흡의 효율도 어떻게 되고 이또한 최대효율이 적용되려면 어떻게 되어야할까요.

Answer 1

사실 자연상태에서 광합성의 효율은 고작 1~2%정도이고 최대 3~4%정도로 낮은 편입니다.

이론적인 최대 한계치도 11%를 넘지는 못합니다.

광합성의 최대 조건이라면 종마다 다른 적당한 빛의 세기에 높은 이산화탄소의 농도, 그리고 산소와 결합해 에너지를 낭비하는 루비스코 효소의 단점인 광호흡을 막아야 합니다.

하지만, 포도당을 분해해 ATP 에너지를 얻는 세포호흡의 효율은 약 32%~34%로, 자동차 엔진만큼 효율적입니다.

그리고 세포호흡 최대 조건이라면 수소 이온이 새지 않도록 미토콘드리아 내막이 강해야 하며 충분한 산소로 유산소 호흡이 완벽하게 일어나야 하죠.

결론적으로 광합성은 외부 빛을 저장하느라 1~4%정도로 효율이 낮지만, 세포호흡은 저장된 에너지를 ATP로 바꿀 때 32~34%의 매우 높은 효율을 냅니다.

Answer 2

안녕하세요. 우선 태양광 에너지를 기준으로 볼 때 식물의 광합성 효율은 생각보다 낮습니다. 일반적인 C3 식물인 벼, 밀, 콩, 대부분의 나무의 경우에는 실제 자연환경에서 태양에너지의 약 0.5~2% 정도를 생체물질로 저장하며, 매우 잘 자라는 작물도 연평균으로는 3%를 넘기기 어렵습니다. 반면 이론적으로 계산한 최대 광합성 효율은 C3 식물이 약 48% 정도까지 가능한데요, 효율이 낮은 이유는 모든 빛을 흡수하지 못하고, 녹색광은 상당 부분 반사하며 광호흡이 발생하고, 잎의 그림자 효과가 있으며 밤에는 광합성이 불가능하기 때문입니다. 특히 C3 식물의 경우 루비스코 효소가 산소와 이산화탄소를 종종 혼동하여 광호흡을 일으키는데, 이 과정에서 상당한 에너지가 낭비됩니다. 광합성이 최대 효율에 가까워지려면 충분한 빛, 대략 20~35℃의 적절한 온도, 충분한 물, 높은 CO₂ 농도, 질소와 인 등 영양분 공급, 병충해 없음, 잎끼리 그림자를 만들지 않는 구조 등의 조건이 충족되어야 하며 실제로 온실 농업에서는 CO₂를 인위적으로 높여 광합성 효율을 증가시키기도 합니다.

반면 세포호흡은 광합성보다 훨씬 효율이 높은데요, 세포호흡은 포도당 속 화학에너지를 ATP로 전환하는 과정입니다. 포도당 1분자가 완전히 산화될 때 얻는 에너지 중 ATP 형태로 저장되는 비율은 대략 34~40% 정도이며,나머지 60% 정도는 열로 방출됩니다. 사람을 비롯한 대부분의 생물은 이 열 덕분에 체온을 유지하거나 효소 반응을 원활하게 진행할 수 있습니다. 감사합니다.