[대학생물] 광합성

모든 생물은 탄소 요구 및 에너지 요구 면에서 4군으로 구분 가능하다.

광자가영양생물, 광타가영양생물, 화학자가영앵샹물, 화학타가영양생물

 

광영양생물은 가시광선의 파장을 이용한다.

 

광합성의 총괄적인 반응식

6CO2 + 12H2O -> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

 

엽록체 내에는 스트로마에서 그라나 배열(동전처럼 쌓인 모양을 일컫는 말)로 쌓여있는 틸라코이드 들이 있다.

엽록소는 틸라코이드 막에 있다.

 

엽록소a : 광의존적 반응을 시작

엽록소b : 광합성에 참여하는 보조 색소

카로티노이드 : 엽록소가 아닌 보조 광합성 색소(다른 파장의 빛을 흡수), 엽록소 보호

 

광합성은 광-의존 반응, 탄소고정반응으로 나누어 진다.

 

 

ATP와 NADPH는 광-의존 반응의 생성물이다.

12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 13Pi + 빛 + 엽록소 -> 6O2 + 12NADPH + 18ATP

 

엽록소가 빛 에너지를 흡수하여 전자를 보다 높은 에너지 상태로 이동시킨다.

활성화된 전자는 수용체 분자로 이동하고 물이 분해되어 산소가 방출된다.

활성화된 전자의 일부는 ADP를 인산화 하여 ATP를 생성한다.

그리고 조효소 NADP를 환원시켜 NADPH를 형성한다.

생산된 ATP와 NADPH는 탄소고정의 흡에르곤반응에 필요하다.

장기간의 에너지 저장을 위해 탄소고정반응으로 탄수화물을 생성한다.

 

광계1과 2는 각각 반응중심과 여러가지의 안테나 복합체로 구성된다.

안테나 복합체 : 엽록소 a와 b 및 보조색소 분자가 틸라코이드에서 색소결한 단백질과 결합된 복합체

안테나 복합체는 빛 에너지를 흡수하여 전자전달 물질을 포함시켜 반응중심으로 옮긴다.

빛 에너지는 전자전달 반응계열에 의해 화학에너지로 전환된다.

 

광계1, 광계2는 광합성 단위

광계1의 반응중심 염록소a : P700 (700nm 파장에서 가장 큰 흡수율)

광계2의 반응중심 염록소a : P680

 

비순환적 전자흐름은 ATP 및 NADPH를 생성한다.

순환적 전자흐름은 ATP만 생성한다.

 

전자가 전자전달계를 통과하면 양성자가 스트로마에서 틸라코이드막 내강에 이동하여 양성자의 농도 경사를 만든다. 이 농도구배로 생성된 에너지가 ATP형성에 사용된다 = 화학삼투

 

탄소고정 반응

12NADPH + 18ATP + 6CO2 -> C6H12O6 + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi + 6H2O

 

탄소고정은 스트로마에서 12단계의 캘빈회로에서 일어난다.

1. 이산화탄소 흡수 단계

2. 탄소환원단계

3. RuBP 재생단계

 

광호흡(photorespiration)

빛이 존재할 때 일어나고, 유기호흡에서와 같이 산소를 요구하고, 유기호흡에서와 같이 CO2와 물을 생산, 명반응에서 생산된 ATP와 NADPH를 사용. 유기호흡과 다른점은 광호흡에서는 ATP가 생산되지 않음.

Rubisco(RuBP 카르복시화효소/산소화효소)
O2를 RuBP에 고정시키는 산소화효소(oxygenase)
CO2를 수용체인 RuBP에 고정시키는 카르복시화효소(carboxylase)

 

C4식물과 CAM식물은 이산화탄소를 고정함으로써 광호흡을 하지 않는다.