제4장 광합성과 호흡작용

- 동화작용(assimilation); 광합성, 질소동화작용, 유기물 합성

- 이화작용(dissimilation); 호흡작용, 단백질 분해, 지방분해

- 물질대사(metabolism); 동화작용과 이화작용을 합한 개념

§ 1. 광합성(photosynthesis)

6 H2O + 6 CO2 ----(엽록소, 광)-----> 탄수화물 (C6H12O6) + 6 O2

1. 광합성이 일어나는 장소

- 식물의 녹색 부분; 주로 잎, 어린 줄기 등

- 엽록체(chloroplast); 스트로마(stroma), 그라나(grana)

- 그라나; 틸라코이드, 명반응(ATP, NADPH, O2)

- 스트로마; 엽록체의 기질, 암반응(CO2 고정)

- 엽록체 수; 100 여개/세포

그라나의 구조

- 명반응과 암반응 비교

	명반응	암반응
장 소	그라나	스트로마
원료물질	엽록소, 광, 물	탄산가스, ATP, NADPH
생성물	산소, ATP, NADPH	탄수화물(C3, C4, CAM)
빛	필요함	상관없음
온도	상관없음	영향 있음

2. 광합성에 관여하는 색소

- 역할; 태양에너지 흡수

- 종류; 엽록소; 65%,  카로티노이드(카로틴; 6%,  크산토필; 21%)

- 엽록소; 녹색색소(광합성의 주된 색소)

․ 고등식물; 엽록소 a, b - 주로 청색, 적색 흡수, 녹색은 흡수 적음

․ 조류(이끼, algae); 엽록소 c, d, e

․ 광합성 세균; 박테리아 엽록소 a, b

※ 색소별 빛의 흡수 파장

- 카로티노이드; 황색, 적색, 오렌지색(광합성 보조색소)

․ 기능; 광에너지 흡수하여 엽록소에 전달(40%), 엽록소 광산화 방제

․ 종류; 카로틴; β-carotene, α-carotene, lycopene- C, H로 구성

크산토필; zeaxanthin, lutein, violaxanthin- C, H, O로 구성

※ 광흡수 색소의 구조

- 태양광 파장과 흡수

․ 태양광; 단파장이 많음(고온)

․ 지구에 도달하는 광; 구름, 먼지,

공기, 수증기 등에 흡수로 태양

광은 감소

․ 엽록소의 광 흡수 파장(광합성);

(400-700nm) - 가시광선

visible light

- 파장과 광에너지와 관계

E = hν = h (c/λ),    c =λν,  ν = c/λ

E = energy; 광자(photon)는 양자(quantum)라는 광 에너지를 가짐

h ; 프랑크 상수; 6.626 x 10-34J s,     ν ; 진동수; nu라고 읽음

c ; 광속; 3.0 x 108 m s-1             λ ; 파장

※ 프랑크상수, 광속은 일정함으로 광 파장이 짧으면 에너지 많음

- 전자기 스펙트럼

※ 가시광선(400-700nm)의 광 파장만이 광합성에 유효함

※ 가시광선은 광에너지가 엽록소 분자의 전자를 이탈시킬 수 있는 에너지를 가짐

- 엽록소에 의한 빛 흡수와 방출

※ 적색광은 엽록소 분자의 전자를 이탈시킬 수 있는 최적 에너지임.

※ 청색광은 에너지가 너무 많아 일부를 열로 손실하고 적생광 에너지일 때 광합성에 이용

2. 엽록소의 광합성 단위

- 안테나 색소; 엽록소 a, b

카로티노이드

- 반응의 중심(reaction

center);

특수한 chl a, P 700(PS I)

특수한 chl a, P 680(PS II)

- 광합성 단위; 200∼300개

엽록소

- 공명에 의해 에너지 전달

- 안테나 복합체에서 반응의 중심으로 에너지 전달

- 명반응 (제1광계, 제2광계); NADPH, ATP, 산소 생성

- 물의 광분해;

H2O --> 2 H++ 2 e-           + 1/2 O2

- 순환적 광인산화반응;      ATP

- 비순환적 광인산화반응;      ATP, NADPH

-PSII; 틸라코이드   중첩부위에 존재

-PSI, ATPase;

틸라코이드

비중첩부위 존재

- 순환적

광인산화반응

- 비순환적

광인산화반응

Red drop and Emerson's enhancement effect
※ 적색광에서 광합성 급격히 저하       ※ 두개의 반응중심, p680, p700 존재

※ 적색광과 근적외선의 단독 조사보다 복합적으로 비추었을 때 광합성 효과적

- ATP 합성

- 틸라코이드, ADP, Pi, H+---> ATP