[세포생물학] 광합성 개요 / 엽록소의 종류와 구조 / 세균의 광합성 / 명반응과 암반응 실험

광합성 개요

광합성은 빛 에너지가 색소로 전달되어 광계를 돌며 에너지를 흡수하는 반응으로 주로 잎의 엽육조직에서 일어납니다.

유관속초조직에서도 일어나는데 이것은 건조한 환경에 적응한 C4 식물에 발달되어 있습니다.

 

엽록체의 틸라코이드막(카디오리핀 포함)의 막단백질, 광계(PS) II, I ATP 생성효소 모두 자유리보솜에서 합성됩니다.

스트로마에는 구형 DNA와 70s 리보솜이 존재하며 캘빈회로의 효소를 만듭니다. (루비스코 큰 단위는 직접, 작은 단위체는 자유리보솜에 의해 공급받음)

 

* PEP 카르복실화 효소와 루비스코는 진화로 형성된 특성입니다.

 

 

색소 분리

식물세포에 메탄올과 에탄올을 1:1로 처리하면 세포벽 해리가 일어납니다. (다른 물질을 처리할 수도 있음)

그 다음 톨루엔(소수성)을 전개 물질로 사용하는 크로마토그래피에 넣으면 (역상이라는 말이 없으면 소수성 전개액임)

카로틴, 크산토필, 엽록소 a, 엽록소 b 순으로 한계전선까지 많이 이동함을 확인할 수 있습니다. 

-> 엽록소 쪽으로 갈수록 전개율(Rf)이 낮다. 엽록소는 분자량이 크고 소수성 전개액에 대한 흡착력이 낮으므로.

 

 

엽록소 구조와 종류

엽록소 a는 메틸기(CH3), 엽록소 b는 알데히드기(CHO)의 구조 차이가 있습니다.

둘 다 청색(400nm)과 적색(700nm) 계열의 파장을 잘 흡수하나 엽록소 a가 흡수 파장 범위가 양쪽으로 약간 바깥쪽으로 분포합니다.

그 외 보조색소 카르티노이드(500nm)는 집광복합체의 안테나 색소에 들어있습니다.

피코빌린(600nm)은 남세균, 홍조류에 존재합니다. (모든 가시광선 범위를 다 흡수하기 위해)

* 그러나 남세균은 엽록소 a도 포함함

 

엽록소는 포피린(엽록소, Hb, Cyt) 구조(질소 포함하는 고리 4개 + 단일, 이중 결합을 번갈아 가짐)를 가지고 있습니다.

마그네슘을 포함하고 있습니다.

피톨이라는 소수성 꼬리를 통해 광계에 부착되어 있습니다.

 

 

세균 광합성

홍세균(870nm)은 광계가 1개이며 순환적 전자전달을 합니다. (NADH)

  역전자전달 = 순간순간 받아서 에너지를 사용하므로 집광이 안됩니다.

황세균(840nm)은 광계가 1개(2개인데 1개만 사용)이며 순환적 + 비순환적 전자전달을 둘 다 합니다.

  * 위 세균 둘 다 H2S -> 2H+ + 2e- + S의 반응식으 로 전자전달을 합니다.

남세균(670nm)은 광계가 2개이고, 순환적 + 비순환적 전자전달을 둘 다 합니다. (NADPH)

  현존 엽록체의 조상이며 H2O -> 2H+ + 2e- + 1/2 O2의 반응식으로 전자전달을 합니다.

 

호염성 세균은 전자전달계 없이 ATP를 합성할 수 있습니다. (원형질막에 박테리오로돕신)

 

 

광합성 실험(명반응과 암반응)

명반응은 적색(적외선)저하효과로, 파장이 길어지면 광합성 효율이 낮아진다는 특성이 있습니다.

양자수율은 빛 입자 1개가 수행하는 CO2 고정량인데, 이 양자수율이 700nm에서 급감하는 것을 확인할 수 있습니다.

 

에머슨의 상승효과는 두 광계가 동시에 활성화되었을 때 광합성이 더 활성화된다는 현상을 확인할 수 있습니다. (중요)

 

듀이겐슨의 길항효과는 두 광계 사이에 시토크롬 복합체가 존재한다는 결론을 확인할 수 있습니다.

 

벤슨의 실험은 광합성이 명반응 -> 암반응의 순서로 구성된다는 것을 알아낸 실험입니다.

광합성을 수행하기 위해서는 CO2보다 빛이 먼저 존재해야하며, 빛이 없어도 수행되는 단계(암반응)가 존재함을 알 수 있습니다. 빛이 없어도 수행되는 단계(암반응)은 명반응과 연계되어야 함을 알 수 있습니다.

 

캘빈 실험은 크로마토그래피에 14CO2를 투입시켜 친수성 전개액을 통해 1차 전개를 시킨 뒤 소수성 전개액으로 바꿔서 옆으로 2차 전개를 시켜서 물질의 특성들을 확인한 실험입니다.

 

나머지 실험들은 광합성에서 반응하는 유기물들의 반응을 알아보기 위해 각종 동위원소나 색소들을 이용해 하는 실험입니다.