[생물 임용 노트]광합성 - 1) 광합성의 개요: 광합성의 정의, 광색소

광합성의 정의

빛 에너지를 이용하여 CO₂와 물 혹은 물과 같은 환원제(H₂S, H₂)로 부터 당을 생성하는 반응

 1> 명반응: 광인산화 반응으로 엽록체의 그라나 혹은 틸라코이드에서 일어난다.

 2> CO₂ 동화반응: 엽록체의 스트로마에서 일어난다.

 

반응식: 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6H₂O

위 반응식에서 발생하는 O₂의 기원은 CO₂가 아닌 H₂O에서 기원한다.

 

광색소

식물에서 엽록소 a, b는 일차적 광수집자로 작용한다. 또한 β-카로틴(카로티노이드)과 루테인(크산토필)은 식물의 보조색소로 이용된다.

 

1) 엽록소

포르피린 고리와 긴 꼬리인 리톨 사슬로 구성되어 있다. 포르피린 고리 중앙에 Mg²⁺가 존재하며 없을 경우 페오파이틴(pheophytin; 광계Ⅱ의 1차 전자 수용체)이 된다. 

광합성에 사용되는 빛 에너지를 일차적으로 수확하며 주로 청색과 적색의 빛을 흡수한다. 490nm~550nm의 빛은 거의 흡수하지 못한다.

엽록소의 기본 구조

엽록소의 polyen구조(단일결합-다중결합이 고대로 존재하는 구조)가 가시광선 흡수에 기여한다.
특이적 결합 단백질과 결합하여 LHC(light harvesting complex)를 형성한다.
엽록소 a, b가 존재하며 상보적으로 빛 흡수를 보완한다.
고리구조 옆 C=O 결합 옆의 사슬 구조를 리톨 사슬이다.

 

2) 카로티노이드

주로 오렌지색 색소이며, 고등 식물은 β-카로틴이 주요 카로티노이드이다. 엽록소의 분해로 생성되는 안정한 구조의 색소이다. β-카로틴은 청색광을 흡수하여 일부 에너지를 엽록소로 전달한다.

 

카로티노이드는,

 1> 카로틴(carotene)

 2> 크산토필(xanthophyll) - 산화 카로틴

2가지 형태로 주로 존재한다.

β-카로틴의 구조

카로틴은 반응성이 큰 산소 라디칼과 가역적으로 결합하여 비올라크산틴으로 전환된다. 비올라크산틴(Violaxanthin)은 감광에 의해 엽록소로부터 과잉 방출된 전자와 결합해 제아크산틴(zeaxanthin)은 과도한 청색광을 흡수해 관산화물 생성을 억제해 광저해를 막아주는 역할을 한다.

크산토필의 구조