캘빈회로의문제점=C3식물/C4식물(광호흡)

[이원진]

광호흡 - 칼빈회로의 문제점

칼빈회로가 정상적으로 작동한다면 광합성의 화학적 효율(포획된 빛에너지에 대한 포도당의
자유에너지 비)은 약 38%로 추정된다. 그러나 실제로는 이같이 되지 않는다.
Rubisco의 CO2 포획 능력은 어느 정도까지는 CO2의 양에 달려 있다. 즉, CO2의
농도가 감소하거나 혹은 확산 속도보다 더 빠르게 고정되면 효소의 효율이 현저하게
감소한다.
이 CO2의 농도가 최소 수준 이하로 떨어지면 캘빈회로에서 산소가 CO2를 대체하게 되어
식물은 광호흡을 하게 된다. Rubisco는 두 가스와 모두 반응하며 CO2의 농도가 감소하면
산소와 반응하는 것으로 알려져 있다. 산소가 리블로오스이인산과 결합하여 생성된
물질은 여러 단계를 거쳐 글리콜산이 된다. 글리콜산은 세포질의 미소체(퍼옥시좀???으로
생각됨^^;;)로 이동하여 글리옥실산으로 전환된 후 다시 미토콘드리아로 들어가
CO2와 3-인글리세르산으로 전환된다. CO2는 방출되고 3-PG는 연료로 사용된다.
광호흡은 연료를 생산한다는 이점이 있기는 하지만 포도당이 생성되지 않으므로
탄소원의 유실이라고 할 수 있다.
따라서 광호흡은 가치가 별로 없는 것으로 간주되고 과학적 수수께끼로 남아 있다.
그러나 자연선택의 결과 일부 식물(C4식물)은 광호흡을 회피하는 방법을 갖게 되었다.
(여기까지의 대략적 광호흡은 C3식물이라 명명된 식물에서 발생한답니다~!
그리고 엽육세포에서 일어납니다!중요!)

그럼 C4식물의 탄소고정에 대해 알아봅시다.
(이 경로는 매우 중요합니다~~~!!!)

대부분의 열대 혹은 아열대성 식물은 CO2의 부족을 극복하는 경로를 발달시켰다.
(옥수수, 사탕수수, 수수속식물, 버뮤다풀 등등)
C4식물에서도 CO2는 C3식물에서와 같이 엽육세포의 엽록체로 확산되어 들어간다.
그러나 CO2가 처음 만나는 효소는 Rubisco가 아니라 매우 낮은 CO2 농도에서도
효율적으로 작용하는 효소인 PEP카르복시화효소 이다. CO2의 유입은 4탄소
대사경로의 시작이며, 최종 산물인 말산은 엽육세포로부터 인접한 <유관속초세포>
의 엽록체로 이동한다. 이후에 4탄소 기질은 3탄소 생성물과 CO2로 분해된다.
3탄소 생성물은 엽육세포로 되돌아 가고 CO2는 Rubisco와 결합하여 캘빈회로로
들어간다. 따라서 C4경로는 엽육세포에서, 그리고 캘빈회로는 <유관속초세포>에서
일어난다.
하지만 C4식물은 캘빈회로만을 이용하는 식물에 비해서 많은 ATP가 요구된다.
그러나 밝은 광조건(열대,아열대)하에 사는 이 식물들은 충분한 ATP를 생성할
수 있으므로 큰 문제가 되지 않는다.

식물에 관련된 부분은 재배학원론(향문사:농학관련)을 보면 많이 도움이 됩니다.
하지만 C3, C4식물에 관한 부분은 다루고 있지 않아요... 식물이 살아가기위한
환경조건,유전적조건,재배기술의 3가지로 나누어 설명하고 있는 책입니다.
전 개인적으로 국가시험때문에 이 책에 관한 수업을 듣고 공부하게 됐는데...
식물에 관해서 연구하시려는 분들은 꼭... 참고하셔야 할 책이라 생각됩니다...