생명과학 ② 4-4. 광합성에 과정, 명반응, 힐의 실험

▎생명과학 ② 4-4. 광합성에 과정, 명반응, 힐의 실험

[ 힐의 실험 ]

다음 그림과 같이 엽록체 추출액을 옥살산철(Ⅲ)-(산화제)와 함께 시험관에 넣어 빛을 비추었다.

① 흡수가 없는 상태에서 가 발생했다.

② 옥살산철(Ⅲ)는 옥살산철(Ⅱ)로 환원되었다. 이것은 가 발생하면서 환원력이 있는 물질 이 생성되었음을 의미한다.

③ 이것은 물이 광분해 됨으로써 일어나는 작용이다.

④ 빛에너지에 의해 물이 수소와 산소로 분해되는 반응을 물의 광분해 또는 힐 반응이라고 한다.

☞ 결론

엽록체에서 옥살산철(Ⅲ)와 같은 작용을 하는 생체 내 물질은이다. 실제 광합성 과정에서는 가 로 환원되고, 는 후에 암반응 과정에서 를 환원하는데 이용된다.

[명반응 정리]

1. 식물에 파장이 인 빛을 비추어 주고, 동시에 이보다 파장이 짧은 의 빛을 비추어 주면 빛을 따로 따로 비추었을 때보다 엄청나게 광합성의 속도가 커진다. - 광합성 속도 : ( + ) >> +

2. 이 사실로 명반응에는 파장이 서로 다른 두 종류의 빛과 관련된 두 개의 광화학 반응이 있음을 알 수 있다. 실제로 명반응은 두 개의 광화학 반응으로 이루어지며, 이 두 반응은 각각 제 I 광계와 제 II 광계라는 광합성 단위에서 일어난다.

3. 광합성 단위는 수백 개의 엽록소 분자와 단백질이 결합된 것으로, 제 I 광계는 파장이 인 빛을 최대로 흡수하며 엽록소 분자 을 반응의 중심으로 하는 엽록소 로 구성되어 있고, 제 II 광계는 파장이 인 빛을 최대로 흡수하며 엽록소 분자 을 반응의 중심으로 하는 엽록소 와 로 구성되어 있다.

4. 과 을 제외한 엽록소 분자와 카로티노이드(노랗거나 붉은 색소) 등의 색소는 빛에너지를 받는 안테나 역할을 하며, 여러 가지 파장의 빛에너지를 여기 에너지로 바꾸어 각각 과 의 반응 중심으로 전달한다. 즉 많은 엽록소 분자 중 과 만이 명반응에 직접 참여한다.

5. 제 II 광계에 의 빛이 흡수되면 의 전자가 이탈해 전자 수용체로 간다. 는 물이 광분해 되면서 나온 전자를 받아 이탈해 나간 전자를 보충한다. 에서 나온 전자는 빛에너지에 의해 엄청나게 높은 에너지 상태로 뛰어 올랐다가 차츰 낮은 에너지 상태로 떨어져 가는데, 이 과정에서 가 만들어진다. 전자는 최종적으로 에 전달되는데, 이와 동시에 물에서 나온 수소 이온이 함께 를 로 환원시킨다.

6. 이처럼 명반응은 사실상 전자의 전달 과정이다. 이 전자 전달 과정에서 전자는 순환적으로 전달되거나 비순환적으로 전달된다. 제 I 광계에서 출발한 전자가 페레독신를 거쳐 다시 제 I 광계로 돌아오면서 를 만드는 과정이 순환적 광인산화 반응이고, 제 II 광화학계에서 나온 전자가 여러 전자 전달계를 거치면서, 를 합성하고 까지 전달되는 과정이 비순환적 광인산화 반응이다.