[생물 임용 노트]광합성 - 3) 광저해(광산화)

광저해(광산화)

과도한 빛 에너지에 의해 들뜬 전자가 유도공명, 광하학 반응에 의해 신속히 제거되지 못하면 O₂^-, O, H₂O₂가 생성된다. 이로 인해 엽록체와 세포가 손상되어 광합성이 저해되는데 이를 광저해(광산화)라고 한다.

 

광저해

잎이 이용할 수 있는 수준 이상으로 빛에 노출 시 광합성이 저해되고 양자수율이 감소하는 것으로 PSⅡ 반응 중심이 영향을 미친다. 광저해는 크게 '동적 광저해'와 '만성 광저해'가 있다

 

동적 광저해(dynamic photoinhibition)

약간의 과도한 빛에 의해 나타나는 광저해이다. 양자효율이 감소하지만 최대 광합성률은 변화가 없다.

흡수된 빛 에너지가 열로 방출되며 O₂^-, O, H₂O₂ 등을 제거하면 회복된다.

 

만성 광저해(chronic photoinhibition )

과도한 수준의 빛에 노출 시 PSⅡ 반응 중심에서 P1 단백질이 손상되어서 일어난다. 양자효율과 최대광합성률이 모두 낮아진다. P1 단백질의 합성으로 회복된다.

 

초과산화물, 과산화물 제거
1. SOD(Superoxide dismutase) : O₂^- + O₂ + 2H⁺ → H₂O₂ + O₂
2. Catalase: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
3. Peroxide: H₂O₂ + RH₂ → H₂O + R + H₂O

광저해 양상 비교 그래프

광저해 보호 기작

1. 카로티노이드의 소광(quenching)

산소에 의한 과산화물 생성을 방지한다. 들뜬상태의 엽록소의 전자를 카로티노이드가 흡수하고 이를 바닥상태로 낮추어 열을 형태로 에너지를 발산한다. 카로티노이드는 엽록소에 비해 과산화 역치가 상대적으로 높아 가능한 현상이다.

2. 잔토필(xanthophyll)의 광보호

빛이 강할 때 비올라크산틴(violaxanthin)이 엽록소에서 방출되는 과잉 전자를 받아들여 제아크산틴(Zeaxanthin)으로 환원된다. 이 과정에 아스코르브산이 관여한다. 위에 제시한 소광 현상과 연계된 반응이다.

잔토필의 광저해 기작

3. 아이소프렌(isoprene) 합성

강광에서 잎의 온도가 상승하면 아이소프렌이 합성되어 틸라코이드막을 안정화한다.