생명과학 ② 4-5. 광합성에 과정, 암반응

▎생명과학 ② 4-5. 광합성에 과정, 암반응

5. 광합성과정 암반응

① 엽록체의 스트로마에서 일어나는 효소의 반응이다.

② 명반응에서 생성된 와 를 이용하여 를 고정하여 포도당을  만드는 과정이다.

③ 칼빈회로의 발견

  ⓐ 반응의 진행시간에 따라 식물에서 생성되는 물질을 조사하여 어떤 과정으로 포도당이 합성되는지 추적하였다.

  ⓑ 방사성 동위 원소가 들어 있는 를 클로렐라에 공급하고 광합성을 진행시키면서 끓인 알코올을 일정한 시간 간격으로 넣어 반응을 정지시키고, 의 이동 경로를 추적하여 회로를 완성하였다.

④ 칼빈회로의 과정

  ⓐ 의 고정

     가 리불로오스이인산과 결합하여 인글리세르산이 합성된다.

   - 의 최초 수용체는 이고, 최초 생성물은 이다.

  ⓑ 의 환원 : 가 에너지에 의해 이인글리세르산이 되며 이어서 로부터 수소를 받아 인글리세르알데히드가 된다.

  

  ⓒ 포도당 생성

     분자의 중 분자는 포도당으로 합성되고, 나머지 분자의은 를 거쳐 분자의 로 재생된다.

 

⑤ 암반응의 요약

 

[암반응 정리]

1. 명반응에 이어서 일어나는 암반응은 명반응에서 생성된 의 에너지와 에서 유리되는 수소를 이용하여 기공에서 흡수한 를 포도당으로 환원시키는 과정이다. 이 반응은 여러 종류의 효소의 촉매 작용으로 진행되므로 온도의 영향을 받으며 엽록체의 스트로마에서 일어난다.

2. 칼빈회로 년 칼빈과 그의 공동 연구자들은 방사성 동위원소가 들어 있는를 클로렐라에 공급하고 잠시 동안 광합성을 시킨 후 끓인 알코올을 넣어 반응을 정지시켰다. 그리고 이 클로렐라를 분해하여 의 행방을 페이퍼 크로마토그래피로 추적하였다.

3. 그 결과 아주 짧은 시간(초 정도)안에 의 대부분이 인글리세르산에서 검출되어 이 결과로 이산화탄소가 엽록체 내로 들어가서 만드는 최초의 대사산물이 라는 것을 알게 되었다. 이후 칼빈은 광합성 시간을 늘려가면서 로부터 포도당이 생성되기까지의 중간 과정을 계속 추적하였다.

   그리고 탄소 원자가 한 개인 가 들어가서 어떤 물질과 결합하여 최초의 생성물인

   가 만들어지는지에 대해서도 연구하였다.

4. 실험으로 검출되는 동화 산물을 계속 추적해 감에 따라 와 결합한 화합물은 물질임이 밝혀지게 되었다. 즉, 탄당 인산인 리불로오스이인산이 와 결합하여 불안한 탄당으로 되고, 이것은 곧 탄소 화합물인 인글리세르산 두 분자로 나누어진다.

5. 이 는 명반응에서 만들어진 를 받아 이인산 글리세르산이 되며, 이것은 다시 의 수소를 받아 인글리세르알데히드가 된다. 이의 일부는 포도당의 합성에 쓰이며, 나머지는 여러 경로를 거쳐 다시 로 변화되어 새로운 분자와 결합하게 된다. 이렇게 계속되는 암반응의 순환 경로를 칼빈회로라고 한다.

[심화] 식물

① 식물 : 벼, 보리 등 대부분의 식물은 광합성의 암반응이 칼빈회로로 이루어지므로  광합성의 초기 생성물은 탄소 화합물인 이다. 이러한 식물을 식물이라고 한다.

② 식물 : 식물에 따라서는 암반응 과정이 전혀 다르게 일어나 광합성의 초기 생성물이 옥살 아세트산이나 말산과 같은 탄소 화합물인 것도 있는데 이들을 식물이라고 하며, 잔디, 억새, 옥수수 등이 여기에 속한다. 식물의 암반응은 칼빈회로와 유기산을 만드는 두 개의 회로를 연속적으로 거치는데, 는 먼저 유기산을 만들고 나서 칼빈회로로 들어간다.

③ 이러한 식물은 식물에 비해서 높은 온도와 강한 광선에서 광합성의 속도가 빠르며, 또 같은 농도에서도식물에 비해 광합성이 더 잘 일어난다. 식물의 이러한 높은 광합성 효율 때문에, 최근에는 유전학적 방법으로 식물을 식물로 개량하여 식량 중신을 높이려는 연구도 진행되고 있다.