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광합성 : Rubisco

광합성, 포도당으로 모든 것을 만든다
- 색의 역할 :  색의 의미 ~ 시각기관
- Protoporphyrin :  Protoporphyrin 합성경로
- 광합성 : C3 vs C4
- 광합성 : Rubisco
- 광합성 : 엽록체의 진화

 

 


 


Lundqvist, T.; Schneider, G. Crystal Structure of Activated Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase Complexed with Its Substrate, Ribulose-1,5-Bisphosphate. Journal of Biological Chemistry 1991, 266, 12604-12611. 

태양에너지를 수확하는 배터리, 엽록체
식물에서 광합성을 수행하는 엽록체도 ATP를 생성하는 배터리이다. 엽록체에서는 빛에너지를 필요로 하는 명반응과 빛과 관계없이 진행되는 암반응의 화학적 반응이 일어난다.
이 때 명반응이 ATP를 생성하는 반응이고 암반응은 포도당과 같은 유기화합물을 합성하는 반응이다. 명반응을 통해서는 태양에너지를 화학에너지로 전환시키고 암반응을 통해서는 생유기분자를 합성하기 때문에 엽록체는 에너지를 수확하고 양분을 제공하는 중요한 세포이다. 엽록체에는 빛을 흡수하는 엽록소라는 색소가 들어 있다. 엽록소가 주로 흡수하는 빛은 파란색과 붉은 색이고 녹색 빛은 반사되어 튕겨나간다. 우리 눈에 식물의 잎이 초록색으로 보이는 이유이다. 이들 엽록소가 빛을 흡수하면 결합되어 있는 전자가 들뜬 상태로 불안정해지게 된다. 이 전자는 옆에 있는 전자도둑이 낚아채어 전자전달계로 보내버린다. 이 전자들은 미토콘드리아(MT)의 전자전달계와 마찬가지로 전자통로를 따라 콸콸 흘러가면서 수소 이온 펌프를 돌리게 되고, 화학 삼투압을 형성한다. 결국 화학 삼투압이 ATP합성 효소의 터빈을 돌려 ATP를 합성하게 한다. 엽록체에서 전자를 최종적으로 받아주는 분자는 NADP+라는 분자이다. 이 분자는 전자를 받으면 NADPH라는 환원력이 큰 분자로 바뀐다. 정리하면 명반응에 의해 엽록체는 ATP와 NADPH를 생성한다.
명반응의 전자전달연쇄를 이용해 생성된 ATP, NADPH는 당을 생산하는 암반응에 이용된다. 암반응의 첫 반응은 이산화탄소를 고정하여 3탄당을 만드는 일에서 시작된다. (이 반응은 루비스코가 담당한다. 루비스코는 이산화탄소를 유기물로 전환하는 지구 생태계에 중요한 효소이다. 이 효소는 반응속도가 느려 초당 2-3회 정도의 반응을 매개한다. 따라서 암반응을 충분히 수행하기 위해 식물은 많은 양의 루비스코 단백질을 생산하게 된다. 그래서 식물의 잎에는 전체 단백질의 20퍼센트 정도가 루비스코이다. ) 이후 3탄당에서 당이 생성되는 일련의 과정을 거치는데 이를 암반응이라 한다. 암반응의 초기 과정은 거의 해당 작용 대사 회로를 거꾸로 돌리는 반응이다.
켈빈회로, 크렙스회로, 해당작용이 어느 방향으로 진행될 것인가는 순전히 세포 내 대사 물질의 농도에 다라 결정된다. 생합성방향으로 결정될 수도 있고 분해 방향으로 진행될 수도 있다. 식물 세포의 경우 해당 작용, 크렙스 회로, 캘빈 회로가 모두 역동적으로 연결되어 있으며 어느 방향으로 물질대사가 진행될 것인가는 순전히 세포 내 물질의 농도에 따라
결정되는 것이다. (식물의 암반응- 이산화탄소가 고정되어 3탄당인 3PG가 생성된다. 이것이 캘빈 회로를 돌면서 당으로 전환된다.)