[세포생물학] 세포 호흡 : C3 식물, C4 식물, CAM 식물 탄소고정경로 비교

광호흡

CO2에 비해 O2의 상대적 농도가 높아졌을 때, RuBisCO에 의해 O2를 소비하여 CO2를 생성하는 반응입니다.

 

고온건조한 날은 세포 외부의 기압이 낮아지므로 기공을 닫게 되고,

그러면 CO2 농도보다 O2 농도가 높으므로 RuBP에 O2를 결합시키게 되어 광호흡이 유발되고,

2탄소의 글리콜산이 생성되어 NADP+의 재생이 떨어집니다.

그러면 순환적 광인산화를 돌리고 그 때 글리콜산을 PGA로 변환하는 과정을 거칩니다.

 

위의 과정이 글리콜산을 PGA로 변환해주는 과정입니다.

CO2를 방출하므로 유기물 회수율이 75%이고, ATP를 소모하는 과정임에 유의하면 됩니다.

 

 

C3, C4, CAM 식물의 구분

위의 세 가지 식물의 종류는 암반응에서 이산화탄소 최초 고정 산물이 무엇이냐에 따라 구분됩니다.

최초 고정 산물이 C3 식물은 PGA, C4 식물은 OAA, CAM 식물은 C4와 같지만 밤에만 기공을 열어 CO2 고정을 합니다.

C3 식물은 세포 호흡 단원에서 이전에 언급한 일반적인 특성을 가지고 있으며,

여기에 C4, CAM 식물의 개별적인 특성만 따로 다루는 것입니다.

 

 

C4 식물

"수수"로 끝나는 식물들은 일반적으로 C4 식물입니다.

 

탄소 고정을 하는 장소(엽육세포)와 캘빈 회로를 돌리는 장소(유관속초세포)가 다르다는 특징이 있습니다.

(명반응은 엽육세포, 캘빈 회로는 유관속초세포 : "장소의 분리")

** 참고로 유관속초세포가 엽육세포보다 내부에 위치하며, 유관속초세포의 루비스코 함량이 더 높음

 

C4 식물은 C3 식물보다 탄소 고정에 필요한 ATP 소모량이 더 많습니다.

C4 식물은 유관속초의 엽록체에 PS II가 존재하지 않습니다. (H2O 분해를 시키지 않기 위해)

대신 순환적 광인산화가 많이 활성화되어 있습니다.

마지막으로 말산에서 피루브산으로 변환될 때 NADPH가 만들어집니다.

 

 

C3 식물과 C4 식물의 그래프 비교

광합성량의 경우 일반적인 상황에서는 C3 식물이 높지만 극한 상황에서는 C4 식물이 더 높습니다.

즉, 전체 환경에 대해 C4 식물이 대체로 완만한 수치를 가집니다.

** 온도의 경우 25도 이하에서는 C3, 25도 이상에서는 C4가 더 잘 함

 

CO2 흡수량과 방출량이 같아지는 CO2 농도 지점을 보상점이라고 하는데, C4 식물은 낮은 CO2 농도에서도 CO2를 잘 버리지 않고 다 흡수해서 사용합니다. 즉, C4 식물이 CO2를 효율적으로 이용함을 알 수 있습니다.

 

최적조건에서의 생장률 or 생산량은 C4 > C3 > CAM 식물순입니다.

그러나 최적조건이 아닌 그 외의 서식지에서는 C4 식물이 불리합니다.

 

 

CAM 식물

CAM 식물은 C4 식물처럼 장소의 분리가 불가능하여 (명반응, 캘빈 회로 모두 엽육세포)

낮 동안은 기공을 닫고 광합성을 하고, 밤에만 기공을 여는 "시간의 분리"가 나타난다는 특성이 있습니다.

나머지 조건들은 C4 식물과 동일하다고 보면 됩니다.

 

추가로 CAM 식물은 더욱 극한의 환경에서 생존하므로 변형된 잎이나 줄기 등을 통해 뛰어난 수분 보존을 합니다.