광합성의 원리와 그 특성의 이해

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목차

1. The C3 Photosynthetic Carbon Reduction Cycle (PCR cycle)

2. The C2 Photorespiratory Carbon Oxidation cycle = C2 PCO cycle (광호흡의 탄소산화과정)

3. CO2 Concentrating Mechanism I : Algal and Cyanobacterial CO2/HCO3- Pumps (CO2 농축기작 I)

4. CO2 Concentrating Mechanism Ⅱ : The C4 Photosynthetic Carbon Assimilation cycle(PCA) cycle (CO2 축적기작Ⅱ: C4광합성 탄소 축적)

5. CO2 Concentrating Mechanicm Ⅲ : Crassulacean Acid Metabolism(CAM) 크래슐산대사

6. Synthesis of Sucrose and Starch 설탕 녹말 합성

본문내용

phosphate phosphatse의 강력한 저해제이다.
(fructose 6-phosphate 감소 : sucrose 합성율 감소)
4 pyrophosphate-dependent phosphofructokinase의 활성제이다.
(fructose 1,6-bisphosphate 증가 : sucrose 합성율 증가)
5 세포질의 fructose 2,6-bisphosphate의 증가는 sucrose 합성율을 감소시킨다.
(6) 세포질에서 fructose 2,6-bisphosphate의 농도를 조절하는 효소
1 fructose 6-phosphate 2-kinase(PFK-2) : fructose 6-phosphate → fructose 2,6-bisphosphate
2 fructose 2,6-bisphosphate phosphatse : fructose 2,6-bisphosphate → fructose 6-phosphate
(7) orthophosphate : fructose 6-phosphate 2-kinase(PFK-2)를 활성화
fructose 2,6-bisphosphate phosphatse를 저해함
(8) triose phosphate : fructose 6-phosphate 2-kinase(PFK-2)를 저해함
(9) 세포질의 낮은 triose phosphate/orthophosphate 비율은,
fructose 2,6-bisphosphate의 형성을 촉진
fructose 1,6-bisphosphate의 가수분해를 저해하며 sucrose의 합성율을 낮춘다.
(10) 세포질의 높은 triose phosphate/orthophosphate 비율은 sucrose의 합성율을 높인다.
Summary(요약)
. CO2의 탄수화물로의 환원은 광합성의 명반응 동안에 합성되었던 ATP와 NADPH의 소비와 연관되어 일어난다. 모든 광합성 진핵세포는 광합성의 탄소환원 과정인(PCR) cycle을 거쳐서 CO2를 환원한다. PCR cycle에서 대기로부터의 CO2와 H2O물은 2분자의 3-phsphoglycerate를 만들기 위해 ribulose 1,5-bisphosphate와 결합된다. Cycle의 연속적 과정은 RuBP의 재합성에 의해 유지된다. CO2 한분자당 2NADPH와 3ATP를 소모하고, 열역학적 효율은 약 90%에 달한다.
. Rubisco 즉 ribulose 1,5-bisphosphate의 carboxylaytion을 촉매하는 효소는 산화효소로 작용한다. 광호흡(photorespiration)은 ribulose 1,5-bisphosphate가 산소와 결합하고 phosphoglycolate와3-phosphoglycerate를 만들어낸다. carboxylayion과 oxygenation반응은 Rubisco의 동일 부위에서 일어나면 잎의 광합성 효율을 줄이는 작용을 한다.
. 어떤 식물에서는 엽록체에서의 탄소고정부위에 CO2를 농축시키는 과정을 통해 광호흡의 소실을 막는다. C4 CAM mechanism과 algea와 시아노박테리아의 무기탄소고정이 있다.
. PCR cycle에 의해 만들어진 탄수화물은 sugar와 starch로 합성된다. sucrose는 세포질에서 만들어지고, starch 합성기작은 엽록체에서 일어난다. 이 두 합성 경로의 조절은 orthophosphate , triose phosphate, fructose 2,6-bisphosphate의 상대적 농도에 의해 조절된다.
C4 식물이의 탈탄산 유형의 특성
NADP-ME형
NAD-ME형
PEP-CK형
Decarboxylase
NADP malic enzyme
NAD malic enzyme
PEP carboxylase
탈탄산 장소
유관속초세포의 엽록체
유관속초세포의 미토콘드리아
유관속초세포의 엽록체 또는 세포질
안정한 초기 CO2 화합물
말산
아스파르트산
아스파르트산
탈탄산 후 엽육세포에 이전된 C3 화합물
피루브산
알라닌, 피루브산
알라닌, PEP
유관속초세포 엽록체 에서의 PS-Ⅱ의 활성
낮음
정상
정상
CO2 1분자 고정에 필요한 ATP의 수
5
5
4(알라닌), 6(PEP)
1분자를 동화하는데 필요한 NADPH의 수
2
2
2
유관속초세포의 엽록체
Agrana
구심적배열(쌍자엽)
원심적배열(단자엽)
그라나, 구심적배열
그라나, 원심적 배열
단자엽 식물
사탕수수, 옥수수
수수, 나도바랭이
잔디, 기니아 풀
쌍자엽 식물
댑싸리, 수송나무
쇠비름, 비름
없음
광합성형 식물에 따른 각종 특성 차이
C3
C4
CAM식물
유관속초세포
작고 세포소기관이 발달되지 않음
크고 세포소기관이 잘 발달되었음
(Kranz-anatomy)
C3식물과 같다.
탄소고정효소
RuBP- carboxylase
(엽육세포의 세포질)
PEP- carboxylase
(엽육세포의 세포질),
RuBP- carboxylase
(유관속초세포의 엽록체)
PEP- carboxylase
(엽육세포의 세포질),
RuBP- carboxylase
(유관속초세포의 엽록체)
초기 CO2 고정산물
PGA
OAA
OAA
pyruvate dikinase
없음
1.2∼3.5
(μ몰/mg엽록소/min)
없음
CO2 : ATP : NADPH2
1 : 3 : 2
1 : 5 : 2
1 : 6 : 2(PEP-CK형)
1 : 6.5 : 2
δ13C %
-11 ∼ -34
-11∼-19
-13∼-34
Ch'll a/b
2.8±0.4
3.9±0.6
2.5±3.0
Warberg효과
(20% O2이하)
있음
없음
없음
CO2 보상점 (ppm,광호흡)
30∼70
0∼10
0∼5(암중), 200(낮)
CO2광합성속도 포화점(%)
0.15이상
0.05∼0.15
C3식물보다 낮음
광합성 속도(대기중)
C4식물의 1.5배 작음
C3식물의 1.5배임
C3식물보다 훨씬 작음
증산량(대기중)
C4 식물보다 큼
C3식물보다 작음
C3식물보다 훨씬 작음
최적온도(℃)
15∼25
30∼47
〈35
수분요구량(gH2O/gDW)
450∼950
250∼350
50∼55
분포
한대, 온대
대부분의 식물(조류, 양치식물, 나지식물, 피자식물)
주로 열대, 아열대의 피자식물
고온, 저습한 환경의 다육질성 식물

키워드

광합성,   광합성의 원리,   탄소의 순환,   명반응,   암반응,   엽록체