광합성(photosynthesis): 명반응, 광인산화

대부분의 식물에서 광합성은 주로 잎에서 일어납니다. 엽록체는 주로 엽육조직을 구성하는 세포에서 발견되며, 기공을 통해 CO₂는 유입되고 광합성 부산물인 O₂는 잎 밖으로 방출됩니다. 이 때 뿌리를 통해서 흡수된 물은 관다발조직계(물관)을 통해 잎으로 전달되고, 동시에 관다발조직계(체관)을 통해 당을 뿌리나 식물에서 광합성을 하지 않는 부위로 전달합니다.

 

※ 광합성 반응식

 

 

 

명반응(light reaction)

명반응은 빛에너지를 이용해 ATP와 NADPH를 생산하고 탄소 동화 경로(캘빈회로)에 이를 공급합니다. ATP와 마찬가지로 NADPH도 캘빈회로 반응이 일어나는 스트로마 쪽에서 생성됩니다.

 

 

명반응은 그라나 틸라코이드에서 일어난다

 

 

광인산화(photophosphorylation)

 

 

 

※ 광계(photosystem, PS)

: 광계 I(p700)와 광계 II(p680)로 구성됨. p700과 p680은 각각 700nm와 680nm에서 최대 흡수치를 갖는 엽록소 a를 의미함.

 

 

1. 비순환적 광인산화

 

 

 

   1) 빛에너지에 의해 P680의 엽록소 a쌍에서 두 분자의 전자가 들뜨고 전달됨

   2) 물의 산화와 P680의 환원

 

 

이 과정을 통해 양성자 농도 기울기가 형성됨

 

   3) 전자가 전달되고 NADP⁺를 NADPH로 환원

 

 

2. 순환적 광인산화

 

 

 

   1) P700 전자의 에너지를 이용해 H⁺를 펌프하고 양성자 기울기를 형성하여 ATP의 생성만을 도움

   2) 순환적 광인산화는 캘빈회로에서 필요한 ATP 외에도 엽록체 대사에 필요한 ATP의 공급원이 됨

 

 

3. 화학 삼투적 인산화

 

   1) 물의 산화, PQ-시토크롬복합체에 의해 양성자 기울기가 형성

       - 스트로마 쪽에서 NADPH가 형성되면서 H+가 제거되므로 틸라코이드 내강과 스트로마 간의 양성자 기울기가 심화

       - 엽록체에 빛을 비추면 틸라코이드 내강의 H+ 농도는 증가하여 pH5 정도로 떨어지며, 스트로마의 경우 H+농도가 감소하여 pH8 정도가 됨

   2) 막을 경계로 형성된 전기화학적 기울기는 양성자 구동력(proton motive force)이라는 저장 에너지를 형성하며, ATP 합성 에너지 제공