생명과학 ② 4-3. 광합성에 과정, 명반응

▎생명과학 ② 4-3. 광합성에 , 명반응

3. 광합성의 과정

1) 광합성 과정의 특징

① 명반응과 암반응의 확인 (벤슨의 실험) 녹색식물에게 빛과조건을 달리해 주면서 광합성 속도를 측정하였다.

  ⓐ 빛의 없으면가 있어도 광합성이 일어나지 않는다. ⇨ (가),(라)

  ⓑ 빛을 먼저 비춰 준 후를 공급하면 빛의 없어도 잠시 동안 광합성이 일어난다. ⇨ (다)

  ⓒ 빛과를 함께 공급하면 계속해서 광합성이 일어난다. ⇨ (바)

  ⓓ 광합성에는 빛이 필요한 명반응과 빛이 필요 없는 암반응 과정이 있다.

  ⓔ 명반응에서 빛에 의해 생긴 어떤 물질이 공급되어야 암반응이 일어난다.

② 광합성의 과정

와 물을 원료로 포도당과 산소를 합성하는 동화작용이다.엽록소의 그라나에서 명반응이 일어나고, 스트로마에서 암반응이 일어난다.

2) 명반응

엽록체의 그라나에서 일어나는 광화학 반응으로, 와 를 생성하여 암반응에 공급하고, 산소를 방출하는 과정이다.

① 물의 광분해

  ⓐ 물( )이 빛에 의해과 으로 광분해 된다. 은 전자를 잃고 가 되며, 두 분자가 모여 산소로 방출된다.

  ⓑ 은 에 전달되어 암반응의 수소 공급원인 가 된다.

    

물의 광분해
산소와 전자 생성
	(암반응의 수소 공급원)

☺(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)

비타민 의 유도체로, 탈수소 효소의 조효소이다. 고에너지 전자와 수소를 전자전달계 효소에 운반해 준다. 생체 세포 내에서의 작용은 거의 와 같으며 많은 탈수소 효소의 조효소로서 산화 ·환원반응에서 전자매체가 된다. 탈수소효소 중에는 와 의 양자를 조효소로 하는 것도 있으나 어느 한 쪽에만 엄밀한 특이성을 나타내는 것도 있다. 명반응에서 전자의 최종 수용체

② 광인산화 : 엽록소가 빛에너지를 화학 에너지로 전환시켜 를 얻는 과정이다. 순환적 광인산화와 비순환적 광인산화의 두 과정이 있다.

  ⓐ 틸라코이드 막에 있는 전자 전달계에서 일어나며,

     광인산화를 일으키는 광계는 반응 중심 색소에 따라 광계Ⅰ과 Ⅱ로 구분된다.

   - 광계Ⅰ : 파장이 인 빛을 잘 흡수하는 이라는엽록소가 중심이다.

   - 광계Ⅱ : 파장이 인 빛을 잘 흡수하는 이라는 엽록소 가 중심이다.

   - 광계의 나머지 색소들은 빛에너지를 반응 중심 색소로 전달하는 역할을 하는 안테나 색소이다.

  ⓑ 순환적 광인산화 : 광계Ⅰ만 이용하여 를 생성하며, 반응 후에는 전자가 원래의 엽록소로 되돌아간다.

   - 전체 광정 : 에서 빛 흡수

                 → 에서 고에너지 전자 방출

                 → 전자가 전자 전달계를 거치면서 에너지 방출

                 → 화학에너지로 전환되고, 으로 돌아간다.

 

[ 루벤의 실험 ]

오른쪽 그림과 같이 개의 삼각 플라스크에 클로렐라를 넣고 에는 산소의 동위원소로 표지된 물과 보통의 를 주고,에는 물과 를 주면서 배양하였다.

① 녹색 식물은와를 재료로 광합성을 하여 포도당과 를 생성한다.

② 에서는가, 에서는 가 발생한다.

☞ 결론 : 광합성 결과 발생하는는 물에서 유래된 것이다.

 

ⓒ 비순화적 광인산화 : 광계Ⅰ과 Ⅱ를 모두 사용하여 와 를 생성한다. 반응 후 전자는 원래의 엽록소로 되돌아가지는 않는다.

   - 전체광정 : , 에서 빛 흡수

                → 고 에너지 전자 방출 → 전자전달계를 거치면서 에너지 방출

                → 로 전환되고, 의 전자는의 전자를 보충

                → 는 물에서 온 전자를 흡수

                → 의 전자는 의 합성에 이용됨.

  - 광계Ⅰ의 에서 방출된 고 에너지 전자는 전자 전달계를 거쳐 과 함께 합성에 이용된다. 광계Ⅱ의 에서 방출된 고 에너지 전자는 를 합성한 후 전자를 방출한 으로 이동한다.

  - 전자를 방출하여 산화된 는 물이 광분해 될 때 방출되는 전자를 받아 원래 상태로 환원된다.

  - 물의 광분해로 생긴 은 로 전달되어 가 되며, 산소는 기체형태로 방출된다. 생성된 와 는 암반응으로 공급된다.

  

  ⓓ 암반응 과정에서 와 가 사용된 후, 다시 명반응에 공급되면 비순환적 광인산화가 계속 일어나게 된다.

③ 명반응의 요약