[컨셉 작물생리학] Part 2 물질대사_ 1.광합성

Part 2 . 물질대사

1) 광합성

1. 광합성 기초

(1) 엽록체 구성

⋅ 엽록체 : 색소- 엽록소 65% > 잔토필 21% > 카로틴 6%

               종류 - a, b 는 고등식물, c, d, e 는 조류. C3에서 a:b=3:1 비율로 분포

               엽록소의 Porphyrin 은 친수성 거대분자를 가진다. Phytol 꼬리는 소수성이다.

               엽록소 a는 2번 pyrrole에 메틸기(-CH3), 엽록소 b는 알데히드기(-CHO) 결합.

               엽록소 a는 석유에테르에 용해, 엽록소 b는 메틸알코올에 용해(엽록소는 물에 안녹음)

 

(2) 엽록소의 광합성 단위

⋅광계 : 엽록소 200~300개가 하나의 광계를 이룬다. PS1와 PS2.

PS1	PS2
NADH 생산	ATP 생산
순환적+비순환적 광인산반응	비순환적 광인산반응
P700	P680
엽록소 a 반응중심 LHC1, Fd	엽록소 a 반응중심 LHC2, 반응중심단백질(D1, D2) 페오피틴, Q(단백질-플라스트퀴논복합체), CP47, CP43(엽록소-단백질복합체), OEC(산소방출복합체), Mn++, Ca++, Cl-(보조인자)

2. 광합성 기구

(1) 광합성의 명반응

⋅ 루비스코는 C3에서 CO2 고정효소지만, O2가 높으면 O2와 결합하여 광호흡 반응 촉매

⋅ 광의존성 반응 : 틸라코이드막과 결부되어 발생. 스트로마가 더 pH 높아진다 (H+ 부족)

⋅ 틸라코이드막의 PQ는 시토크롬복합체를 만날 때 까지 전자전달하며 측면 이동

 

⋅ 내재형 단백질인 능동수송 ATPase 의 종류

- P형 ATPase : 세포막의 H+-ATPase, Ca++/H+ 수송 ATPase, Na+/K+-ATPase

- V형 ATPase : 식물의 액포막, 동물의 리소좀, 골지체막의 H+-ATPase

- F형 ATPase(ATP synthase) : 미토콘드리아의 F0F1-ATPase, 엽록체의 CF0-CF1 ATPase

 

⋅ 광합성 전자전달저해제 (제초제의 작용부위)

  - 디우론(DCMU) : 광계II의 퀴논에 결합하여 PQ가 전자를 받아들일 수 없어 광합성 저해

  - 파라쿼트(그라목손) : 광계I의 페레독신을 경유하여 NADP로 가는 전자를 산소로 전달.

                                       그러면 활성산소 형성되어 엽록체 활성의 소실, 세포막구조를 손상시킨다.

 

⋅순환적 광인산화 : 전자가 엽록소로 되돌아옴. O2를 방출하지 않음. ATP 형성

⋅비순환적 광인산화 : 전자가 되돌아오지 않음. O2 방출. ATP, NADPH 형성

 

(2) 광합성의 암반응

⋅C3 회로 : 칼빈-벤슨 회로. ① CO2고정(카복시화), ② PGA 환원, ③ RuBP 재생성 PGald → RuBP

                최초산물 RuBP → PGA

 

⋅C4 회로 : Hatch-Slack 회로. PEP→OAA→malate→pyruvate+CO2→C3(칼빈벤슨)회로.

                최초산물 PEP → OAA

         - 엽육세포 : 그라나 있고, 전분립 없는 작은 엽록체

           유관속초세포 : 그라나가 없고, 다수의 전분립이 있는 큰 엽록체

 

⋅광호흡: 기질은 글리콜산이 페록시솜으로 이동하여 산화시킴.

               C4의 경우, Rubisco가 관여하는 유관속초에만 조금 일어난다. (엽육세포 아님)

               높은 광, 고온, 높은 O2, 낮은 CO2에서 발생

 

⋅CAM : 낮에 3탄소화합물 고정, 밤에 4탄소화합물 고정

           C3보다 CO2보상점이 높다.

 

※ 블랙만 : 탄소동화량은 환경의 최저 한정요인에 의해 결정 (한정요인설)

    와버그 효과 : O2는 광합성 저해. 광호흡 증가. CO2 고정 억제

     에머슨 효과 : 장파장, 단파장을 동시에 쬐어야 광합성이 더 촉진

     액션스펙트럼 : 여러 단색광을 쬐어 어떤 광이 광합성에 효율적인지 조사

     먼치의 압류설 : 정수압 구배의 차이(낙차)에 의해 집단류 발생하며 용질 이동

     원형질유동설 : De Vries 제창. 원형질연락사를 통해 동화물질 전류

 

(3) 광합성에 영향을 미치는 요인

⋅광포화점 : CO2, 온도가 광합성 제한요인 (CO2가 가장 중요한 한정요인)

⋅광보상점 : 온도 상승시 호흡 증가. 광합성 순동화량 감소

⋅광산화 : O2가 많을 때 엽록소 파괴하여 광합성 저해

⋅광합성 증가 무기양분 : N, K, Mg, Fe, Cu, Mn

⋅솔라리제이션 : 가역적. 강광 시, 엽록소 파괴. 당이 많으면 솔라리제이션 감소. (광호흡과는 다름)

광호흡 조건	솔라리제이션 조건
고온, 강광, O2↑, CO2↓	저온, 강광, O2↑, CO2↓, 당↓

⋅동화물질이 많으면 광합성능 저하