[생물 임용 노트]광합성 - 1) 광합성의 개요: 빛에 의한 형광 방출, 광합성에 영향을 주는 요인

빛에 의한 에너지 전환 및 전달(엽록소)

엽록소가 광양자 흡수 시 에너지가 가장 낮은 안정한 상태에 있는 전자가 들뜬상태가 된다.

이때 전자는 들뜬 상태에서 즉시 혹은 일정시간 이후 바닥상태로 되돌아오면서 열과 형광을 방출한다.

 

광색소간의 에너지 전이는 유도공명에 의해 높은 효율로 일어난다. 들뜬 에너지는 반응 중심에 가까워질수록 감소한다. 이 과정에서 일부는 열에너지로 전환되어 방출된다.

 1> 안테나 색소간의 전자 전달 → 물리적 유도공명

 2> 반응 중심의 전자 전달 → 분자 간의 화학적 변화를 동반

 

광합성에 영향을 주는 요인

1) 빛

 광포화점: 광합성량이 최대가 되기 위한 최소한의 빛의 세기

 광보상점(보상점): 광합성으로 사용되는 CO₂와 방출되는 CO₂가 같을 때의 빛의 세기

 총광합성량 = 순광합성량 + 호흡량

빛의 세기에 따른 이산화탄소의 흡수 및 방출 그래프

 음지식물은 양지식물보다 광보상점과 광포화점이 낮다.

  1> 빛의 세기가 약할 때: 음지식물의 순 광합성량이 높다.

  2> 빛의 세기가 강할 때: 양지식물의 순 광합성량이 크다.

음지식물과 양지식물의 빛의 세기에 따른 보상점과 광포화점

 흡수스펙트럼과 작용 스펙트럼의 차이가 발생하는 이유

 1> 450~500nm 부근: 카로티노이드에 의한 빛의 흡수에서 기인**

 2> 680nm 이상: 적색 저하 현상에 의한 저하

엽록소의 흡수 스펙트럼(빛의 흡수량 변화), 작용스펙트럼(광합성량 또는 산소 발생량 변화)

 **엽록소에 의한 빛의 흡수가 거의 일어나지 않은 빛의 파장 대역에서 광합성이 일어나고 있음을 반증하는 결과의 이유

 

 양자수율(Φ): 흡수된 양자수에 대한 생산수율의 비를 의미한다. 광합성에 대한 효율을 정량적으로 나타낼 수 있다. 

  1> 광합성의 Φ = 광합성에 이용된 양자수 / 흡수된 양자수

  2> 산소 발생 Φ = 생성된 산소 분자수 / 흡수된 양자수

흡수 스펙트럼과 양자수율

 450~550nm 사이의 영역: 카로티노이드에 의해 흡수된 빛은 광합성 효율이 낮다

 680nm이상의 영역: 적색저하 현상. 680nm 이상의 빛에서는 광합성 효율이 급격하게 낮아진다.

 

2) 온도

온도가 증가할 수록 광합성량이 증가한다. 하지만, 어느 범위 이상에서는 단백질 변성에 의해 광합성량이 감소한다.

온도에 따른 광합성률 그래프

3) CO₂ 농도

빛이 충분해도 어느 범위 이상에서는 CO₂ 증가에 따라 광합성량이 증가하지 않는다. 이는 루비스코(rubisco) 효소 활성과 RubP 재생성률이 포화되는 것에서 기인한다.

이산화탄소 농도에 따른 광합성률 그래프

 1> 높은 CO₂ 농도에서는 루비스코 기질이 충분 → 온도가 광합성에 영향을 줌

 2> 정상 CO₂ 농도에서 온도의 증가는 루비스코의 CO₂ 친화력 감소로 광호흡을 일으킨다