광호흡(Photorespiration)

광호흡이란?

광호흡(Photorespiration)도 호흡과 마찬가지로 O₂가 흡수되고 CO₂가 방출되는 현상입니다.

다만 빛 존재 하에서 호흡이 일어나는 것이 광호흡입니다. 이 광호흡은 Rubisco의 산소화효소 활성에 의해 발생합니다.

 

광호흡의 특징

광호흡의 특징은 정상적인 미토콘드리아의 호흡과 달리 ATP를 생성하지 않으며 도리어 ATP를 소모한다는 것에 있습니다.

따라서 캘빈회로를 통해 탄소원으로 고정할 수 있는 CO₂를 광호흡으로 방출하므로 광합성 효율을 감소시키게 됩니다.

 

식물은 광호흡을 왜 할까?

ATP를 소모하고 광합성 효율을 감소한다는데, 왜 식물은 광호흡이라는 비효율적인 걸 하는 것일까요?

이 문제에 대한 정확한 답은 아직 없습니다.

다만 Rubisco가 대기에 CO₂는 많았어도 O₂는 없었을 때 진화하였기에,

당시 두 가스를 구분하지 못한다는 게 생물의 생존에 큰 문제는 되지 않았을 것입니다.

또한 CO₂와 O₂가 동일한 활성부위에 작용하므로,

후에 대기 중의 O₂농도가 증가하여 비율이 커졌더라도

이미 효소의 특성이 확립되어

광호흡을 하지 않을 수는 없지 않을까 추측하고 있습니다.

 

광호흡 과정

광호흡: ct-퍼옥시좀-mt

본디 Rubisco는 RuBP에 카르복실화효소(carboxylase)활성으로 CO₂를 결합시키거나,

산소화효소(oxygenase)활성으로 O₂를 결합시킬 수 있습니다.

그런데 덥고 건조한 햇빛이 강한 날이면 대부분의 식물들이 수분 손실인 증산을 억제하기 위해

기공을 일부 닫습니다.

일부 기공이 닫히게 되면 잎 공간 내의 CO₂ 농도는 감소하고 명반응에 의한 O₂ 농도는 증가합니다.

또한 Rubisco의 산소화효소 활성은 고온에서 증가됩니다.

결국 이러한 상황은 Rubisco에 의한 광호흡을 조장하게 됩니다.

 

Rubisco의 카르복실화효소와 산소화효소 활성의 균형은 CO₂와 O₂의 상대농도에 의존하며,

만약 RuBP에 O₂를 결합시킬 경우 광호흡이 유발됩니다.

 

덥고 건조한 기후의 식물 진화

덥고 건조한 기후에 생활하는 여러 식물 종에는

광호흡을 최소화하고 캘빈회로를 최적화하는 탄소고정의 다른 방식을 진화시켰습니다.

이러한 광합성 적응 중 가장 중요한 두 가지가

C₄ 광합성과 CAM 광합성입니다.

이에 대해서는 다음에 알아보도록 하겠습니다.