엽록체

광합성의 전체 반응

$$ 6\text{CO}_2+12\text{H}_2\text{O}\rarr\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6+6\text{O}_2+6\text{H}_2\text{O} $$

• 일반식: $\text{CO}_2+2\text{H}_2\text{A}\rarr\left(\text{C}\text{H}_2\text{O}\right)+\text{H}_2\text{O}+2\text{A}$
  • 홍색황세균은 광합성에 황화수소를 이용한다. (A 자리에 S가 들어감)

광합성에서의 원자 추적

색소

• 잎의 엽록체는 자색-청색, 적색광을 흡수하고 녹색광을 반사/통과시킴. ← 잎이 녹색인 이유

• 엥겔만의 실험

• 흡스펙트럼 : 파장에 따른 색소의 빛 흡수 정도

  광합성의 주요 색소:

  • 엽록소 (chlorophyll)

    • 엽록소 a : 청록색, 광합성의 주요 색소
    • 엽록소 b : 황록색

    구조

    1. 포르피린 고리 : Mg 포함, 빛 흡수 역할
    2. 탄화수소 꼬리 : 틸라코이드 막의 단백질과 상호작용

  • carotenoids (카로티노이드)

    1. 엽록소가 흡수하지 않는 파장의 빛을 흡수해 광합성에 이용되는 빛의 파장 확장
    2. 활성산소(ROS)를 제거한다.

• 작용스펙트럼 : 파장에 따른 광합성의 상대적 효율성

  • 자색-청색과 적색광이 광합성에 효율적

빛에 의한 엽록소 들뜸

• 색소가 광자를 흡수하면 색소 분자의 전자 중 하나가 들뜬 상태가 되고, 바닥 상태로 되돌아가며 열 또는 빛을 방출함

명반응 / 빛반응

광계

• 틸라코이드 막 단백질 복합체

  • 집광 복합체 : 빛을 모음

  • 단백질에 결합된 다양한 색소

    ⇒ 다양한 파장의 빛 흡수

  • 반응중심 복합체 : 한 쌍의 엽록소 a

    들뜬 전자를 1차 전자수용체로 전달

• 광계 I (P700) : 최대 흡수 파장 700nm

• 광계 II (P680) : 최대 흡수 파장 680nm

선형 전자 흐름

빛이 2개의 광계에 공급되어 ATP와 NADPH를 생산하는 것

1. 집광복합체를 통해 빛에너지가 P680으로 전달

2. PS II의 전자가 들떠 1차 전자수용체로 이동 ⇒ P680$^+$

3. 물의 광분해

   • P680$^+$의 환원
   • $\text{O}_2$의 발생
   • $\text{H}^+$는 틸라코이드 내부로

4. 전자는 전자전달사슬을 통해 PS I으로 전달

   ⇒ 틸라코이드 공간으로 $\text{H}^+$ 펌핑

5. 화학삼투를 통한 ATP 합성

6. 빛에너지가 PS I으로 전달 ⇒ PS I의 전자가 들떠 1차 전자수용체로 이동

   ⇒ $\text{P700}^+$이 Pc의 전자를 받아 환원

7. PS I의 1차 전자수용체가 두번째 전자전달사슬로 전자를 전달

   • ATP 생산 X

8. NADP$^+$ 환원효소

   • 스트로마의 $\text{H}^+$ 이용해 NADPH 형성

$\therefore$ 명반응의 산물 : ATP, NADPH ⇒ 당 합성을 위한 환원력 제공

순환적 전자 흐름