식물보호기사 및 농업 관련 공무원 필수 이론 식물 생리학 핵심 이론 요점 요약 정리 6. 광합성:탄소반응 (암반응)

6. 광합성:탄소반응 (암반응)

 

명반응과 탄소반응
 명반응의 산물: ATP와 NADPH
 탄소반응
: 대기 중 이산화탄소가 탄수화물로 환원되는 효소 촉매반응

육상식물 엽록체에서 광합성의 명반응과 탄소반응.

캘빈-벤슨 회로: 환원적 5탄당 인산 회로
* 카르복시화
: 이산화탄소를 카르복실기로 공유결합
* 환원
: 3탄소산을 3탄당인산으로
* 재생성
: 이산화탄소 수용체 RuBP 재생

캘빈-벤슨 회로는 3단계로 진행된다.

 

RuBP의 카르복실화와 가수분해

루비스코의 촉매작용을 받는 리불로오스-1,5-이인산의 카르복시화와산소화(oxygenation).

 

포스포글리세르산의 환원

 

 

RuBP의 재생

 9ATP
 6NADPH
 3RuBP
 3CO2
 G3P(GAP)
 유도기 후 CO2고정

캘빈-벤슨 회로.

 

루비스코의 활성은 빛에 의해 간접 조절된다
 이산화탄소의 활성화 역할
   카르바메이트 복합체 형성
: 활성부위 내 리신의 아미노기에 결합
 루비스코 활성화효소
   ATP 사용루비스코 구조 변화
   당 인산 유사체의 방출 유도

CO 2 는 루비스코가 촉매작용하는 반응에서 활성화제(activator)와 기질 양쪽 모두의 작용을 한다.

빛은 페레독신-티오레독신 계를 통해 탄소회로 조절
* 틸라코이드 막의 엽록소가 흡수한 빛을 엽록체 스트로마의 대사 활성으로 연결

페레독신-티오레독신 계

빛은 엽록체 효소의 초분자 복합체 조립을 조절

엽록체의 포스포리불로키나아제와 글리세르알데히드-3-인산 탈수소효소의 조절.

경쟁적인 탄소 산화 과정: 루비스코에 의한 산소화
 온도 증가→루비스코의 친화도 변화, 용액 내 이산화탄소 농도 변화
 광호흡 개시: 엽록체, 퍼옥시솜, 미토콘드리아 연계 효소 반응

C 2 산화적 광합성 회로의 진행은 세 가지 소기관 즉, 엽록체, 미토콘드리아, 퍼옥시솜 사이의 협력을 포함한다.

 포스포글리콜산 포스포파타아제phosphatase

 글리콜산 산화효소oxidase
 아미노기 전이효소aminotransferase

 글리신 탈카르복시화효소decarboxylase 와 세린 히드록시메틸기 전이효소의 다효소 복합체

 세린 아미노기 전이효소aminotransferase
 히드록시피루브산 환원효소reductase

 글리세르산 키나아제kinase

 

광호흡 경로의 광합성 명반응 의존성

 

 2-포스포글리콜산 2분자(4C)  3-포스포글리세르산(3C)
   3 산소, 2 ATP, 2 환원 Fd 소비
   이산화탄소 1분자 방출

 

광호흡의 잇점
 탄소 소실 줄임
 광저해 저감

엽록체 대사에 대한 C 2 산화적 광합성 회로의 의존성.

대체 광호흡 경로
 질소 회수 불필요 → 생산량 증대

육상식물 엽록체에 유전자 도입된 대장균의 글리콜산 이화작용 경로를통해 광호흡 글리콜산이 회수되는 과정.

무기 탄소의 농축 기작 : C4 탄소회로
 덥고 건조한 기후에서 장점
   CO2 고정하면서도 물 보존
   광호흡 감소

엽육세포와 유관속초세포가 관여된 기본적인C 4 광합성 회로의 4단계.

무기 탄소의 농축 기작: C4 탄소회로
 포스포엔올피루브산
카르복실라아제 PEPCase
 4탄소 반응산물
: 옥살로아세트산 OAA
 NADP-말산 탈수소효소
: 말산으로 환원
 말산/아스파르트산 이동
 탈카르복시화효소
: 이산화탄소 방출
 피루브산 인산 디키나아제
dikinase

C 4 광합성 탄소 회로는 2개의 구획에서 일어나는 연속적 5단계를 포함한다.

 두 세포의 차이
   크란츠 해부구조
   이산화탄소 농도
   효소 구성

잎의 C 4 광합성 경로.

 두 세포의 차이
   엽록체내 녹말 유무
   엽록체의 구조 차이
 C3와 C4
   엽록체막의 수송체 차이

C 4 식물에서 여러 가지 광합성 메커니즘. (a) NADP-ME형, (b)PCK형, (c) NAD-ME형. 각 번호는 다음의 효소를 나타낸다.

크래슐산 대사(CAM)
 수분손실을 최소화하는 해부학적 특징
 효소의 활성 변화

크래슐산 대사(CAM).

광합성 산물(녹말과 설탕)의 축적과 배분
 설탕 vs 녹말
 일장의 영향: 단일 vs 장일 조건
 설탕 수송의 중요성

육상식물에서 탄소의 유통.

녹말 합성의 개시와 신장
 엽록체 효소의 작용(항상적 기작): 티오레독신 의존적 기작
→ 당 뉴클레오티드 ADP-포도당 생성
 녹말 합성효소에 의한 신장

녹말의 합성 경로: 녹말의 신장과 분지.

녹말의 신장과 분지
 녹말 분지효소

녹말의 합성 경로: 녹말의 신장과 분지

 탈분지 효소의 작용: 이소아밀라아제, 불균화 효소(D-효소)

녹말의 분해
 인산화 선행: 조절점-빛에 의해 추진되는 산화환원 과정과 연계
 다당체의 직선화: 탈분지효소 작용

애기장대 잎에서 야간의 녹말 분해

엽록체와 세포질 간의 탄소 분배
 광조건에서
6탄당 인산 풀을 조절
: 3탄당 인산(엽록체)과
인산(세포질)의 교환 조절 → 설탕 합성 속도 조절

6탄당 인산들의 상호전환.

설탕의 합성
* 생장의 연료 + 신호전달 기능(유전자 발현 조절)
 6탄당 인산의 당 뉴클레오티드로 전환으로 시작
 인산화/탈인산화에 의한 조절 / 대사산물(포도당6인산, 인산) 조절

설탕의 합성.