광합성의 C3, C4 및 CAM 경로의 비교

목차

1.C₃의 소개와 장·단점
2.C₄ 소개와 장·단점
3.CAM 식물의 소개와 장·단점

본문내용

캘빈회로는 C₃ 경로(C₃ pathway)라고도 부르며, 그 이유는 탄소 고정의 첫 번째 유기생성물이 안정화된 화합물이 3-탄소 분자인 3-인산글리세르산(PGA)이기 때문이다. 여기서 탄소 고정이라 함은 광합성의 3가지 과정 중 하나이다. 캘빈회로의 첫 번째 단계로써 RuBP 카르복실화효소인 루비스코에 의해 촉매되며, 리불로오스이인산(RuBP)라는 5탄당에 CO₂분자를 결합시킨다. 이 과정을 탄소
2고정이라 한다. 이 반응의 생성물은 탄소 6개로 형성된 불완전한 중간물질로서 즉시 반으로 나뉘어, 고정된 CO₂ 한 분자당 두 분자의 3-인산 글리세르산(PGA)이 형성된다. C₃ 식물에는 대부분의 식물이 포함되며 농업에 있어 중요한 벼, 밀, 대두 등의 곡물과 땅콩, 담배, 시금치, 사탕무, 콩 그리고 대부분의 나무와 잔디가 여기에 포함된다. C₃ 식물은 9개의 ATP와 6개의 NADPH를 소모하여 포도당이나 다른 탄수화물과 같은 유기화합물을 합성하는 물질대사 과정의 출발 물질을 만들어 낸다. 특히 이때 이용되는 효소들은 오직 빛이 있는 곳에서만 활성을 나타내며, 다른 식물들보다 ATP를 경제적으로 사용함으로써 효율성을 나타내는 장점이 있다. 하지만 C₃ 식물은 환경에 민감하며 비효율적인 길을 걷기 쉽다. 덥고 건조한 날, 기공이 부분적으로 닫힐 경우 CO₂가 감소하고 캘빈회로를 고갈시켜 당 생산이 감소된다. 또한 루비스코(rubisco)는 기질에 대한 특이성이 상대적으로 부족해 O₂보다 CO₂를 겨우, 보통 정도로만 선호한다. 즉 CO₂가 낮은 상황에서는 언제든 O₂의 공격을 받을 수 있다. 빛이 있는 동안 미토콘드리아와 퍼옥시좀을 통해 CO₂가 방출하고 O₂가 소모되는 광호흡(Photorespiration)이 발생한다. 광호흡은 루비스코가 O₂와 반응하여 1개의 PGA 분자와 2-탄소 분자인 인산글리콜산을 생성할 때 일어난다. 2-탄소 분자인 많은 인산 글리콜산은 CO₂의 형태로 대기로 돌아간다. 문제는 이 광호흡이 ATP를 소모하기만 하고, 캘빈 회로에서 고정될 수 있는 CO₂를 방출하기 때문에 광합성 생산량을 감소시킬 수 있다는 점이다. 더 나아가, 대기 중의 CO₂ 농도 상승은 지구 온난화를 초래한다.

참고 자료

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