[생물 임용 노트]광합성 - 2) 광인산화: 순환적 비순환적 광인산, 광수집 복합체, 광합성 저해제

순환적, 비순환적 광인산화

비순환적 광인산화: PSⅡ - Cytb₆f complex - PSⅠ - NADP⁺로 이어지는 전자의 흐름

→  NADPH와 ATP를 합성

 

순환적 광인산화: Fd - Cytb₆f complex - PC - P700 - (전자전달계) - Fd - Cytb₆f complex ... 로 순환하는 전자의 흐름

→  양성자의 농도 기울기(구배)를 형성해 결과적으로 ATP를 합성

 

식물은 위 두 종류에 해당하는 광인산화 경로를 조절하여 NADP⁺ : NADPH = 3 : 2 비율로 유지한다.

초과 분의 빛에 의한 ATP 생성은 높은 광도에서 광저해 효과를 감소시키는 역할을 수행한다. 이는 NADPH의 요구도가 감소하고 ATP의 요구도가 증가할 때 일어난다.

 

광수집 복합체(LHC)에 의한 광합성 광계의 조절

LHC의 종류와 위치

광수집 복합체(LHC; Light Harvesting Complex)에 의해 광합성의 광계가 조절된다. 광수집 복합체는 두 종류가 있다.

1. LHCⅠ: 광계Ⅰ과 연관되어 있다. 광계Ⅰ을 위한 추가적인 빛 에너지를 포획한다. 광계Ⅰ과 강하게 결합되어 있다.

2. LHC Ⅱ: 광계Ⅱ와 연관되어 있다. 광계 Ⅱ를 위한 추가적인 빛 에너지를 포획한다. 때에 따라 인산화되어 광계Ⅰ과도 결합할 수 있다.

 

LHC + 광계Ⅰ은 스트로마 층판에 위치해 있고, LHCⅡ + 광계Ⅱ는 그라나 층판에 위치해 있다.

 

파장에 따른 광계의 산화 불균형

광계Ⅰ은 적색광을 더 잘 받아들이고, 광계 Ⅱ는 청색광을 더 잘 받아 들인다.

1> 청색광이 강할 때 - 광계Ⅱ의 빠른 산화가 일어나고, 광계Ⅰ이 느린 산화가 일어나 전자 전달의 불균형이 발생한다.

2> 적색광이 강할 때 - 광계Ⅰ의 빠른 산화가 일어나고, 광계Ⅱ가 느린 산화가 일어나 전자 전달의 불균형이 발생한다.

 

청색광과 적색광 조건에서 광자 획득 균형 유지

청색광이 강할 경우

청색광의 세기 증가 - PQ 환원정도 증가 - 단백질 카이네이스(kinase)활성 - LHC의 Thr 잔기 인산화 - 광계Ⅱ와 LHCⅡ의 결합력 감소 - LHCⅡ가 스트로마 층판으로 이동 - 광계Ⅰ과 결합하여 광자획득을 보조 - PQ의 산화와 환원 평형을 유지

 

적색광이 강할 경우

적생광의 세기 증가 - PQ 산화정도 증가 - 단백질 포스파테이스(phosphatase) 활성 - LHCⅡ의 Thr 잔기의 인산기 제거 - LHCⅡ가 그라나 층판으로 이동 - 광계Ⅱ의 광자 획득 보조 - PQ의 산화와 환원 평형을 유지

광합성 저해제

1. DCMU: 모누론, 디우론(제초제의 일종), 트리아진, 시마진 → PQ_B로 전자전달을 저해

2. 파라쿼트: 광계Ⅰ에서 NADP⁺로 전자 전달을 저해

3. NH₄Cl: ionophore의 역할을 하며 H⁺의 농도 기울기를 제거시키는 역할

4. 올리고마이신: CF₀-CF₁을 통한 양성자 이동을 저해해 ATP 합성을 억제