생2칼럼 6회차)광합성

안녕하세요! 생2뽀개기입니다.

사실 칼럼의 취지가 각 과목에 대해 유익한 정보를 전달하자는 것인이죠. 그래서 다음 단원으로 넘어가서 빨리 킬러 문제 접근법을 알려드리는 것이 낫다고 생각해서, 광합성을 나누어서 진행하지 않고 이번 한 칼럼에 압축적으로 진행하기로 결정했습니다. 그래서 오늘 빠르게 광합성 진행해보도록 하겠습니다!

-엽록체의 구조

엽록체는 미토콘드리아와 마찬가지로 외막과 내막의 이중막 구조를 이루고 있습니다. 하지만, 안에 또 동전이 싸인 것과 같은 구조가 있습니다. 각각의 동전모양의 구조물 하나(A)를 틸라코이드라고 부릅니다. 이 틸라코이드가 싸인 것을 '그라나'라고 합니다.

엽록체의 기질에 해당하는 B 부분은 '스트로마'라고 일컫습니다. 광합성은 크게 명반응과 암반응으로 나뉘는데, 그라나에서 명반응이, 스트로마에서 암반응이 일어나게 됩니다.

-명반응

명반응은 어찌 보면 세포호흡의 산화적 인산화와 비슷하다고 생각할 수 있습니다. 명반응은 엽록체의 틸라코이드 막에서 진행되는 반응으로, 빛에너지와 물을 이용하여 포도당 합성에 필요한 ATP와 NADPH를 생성해내는 반응입니다. 원래 생1에서는 미토콘드리아가 ATP를 만들어 낸다고 배우는데, 실제로 엽록체도 ATP를 생성합니다!(물론 자기가 생성한 ATP 자기가 먹습니다...)

자, 그러면 명반응이 일어나는 과정을 한 눈으로 정리한 그림을 보시겠습니다.

그러면 이 그림을 토대로 명반응의 과정을 하나씩 설명해보도록 하겠습니다.

-비순환적 광인산화의 과정(빨간 화살표)

1. 물이 빛에너지에 의해 광분해 되어 산소와 수소 이온, 전자로 분해된다.

2. 광계II도 빛에너지를 받고, 물에서 나온 고에너지 전자는 광계II의 전자 수용체로 전달된다.

3. 고에너지 전자는 전자전달계를 따라 광계I으로 이동하고, 이 과정에서 수소 이온을 틸라코이드 외부에서 내부로 능동수송시킨다. 능동수송된 H+는 다시 ATP 합성 효소를 따라 스트로마로 이동하고, 이 때 ATP가 합성된다.

4, 광계I도 빛을 받아 전자는 다시 고에너지 사애가 된다.

5. 전자는 다시 전자전달계를 따라 이동하다가 최종적으로 NADP+와 만나서 NADPH가 생성된다. 이 때 NADPH는 스트로마에서 생성된다.

-순환적 광인산화의 과정(파란 화살표)

순환적 광인산화는 비순환적 광인산화와 다르게 광계I만 관여하고, NADPH가 생성되지 않으며, ATP만 생성된다는 특징을 갖고 있습니다. 순환적 광인산화는 광계I과 전자전달계를 반복해서 도는 형식을 띠고 있습니다.

명반응에서는 비순환적 광인산화가 12번, 순환적 광인산화가 6번 일어나서 총 12ATP+12NADPH+6ATP=18ATP와 12NADPH가 생성됩니다. 명반응 산물들은 암반응에서 소모됩니다.

+명반응의 주요 특징

-틸라코이드 막에서 일어난다.

-빛이 있어야만 반응이 진행된다.

-NADPH는 스트로마에서 생성되고 물은 틸라코이드 내부에서 생성된다. 산소는 광계II에서 생성된다.

-광계II는 반응 중심 색소로P680을, 광계I은 P700을 사용한다.

-암반응

암반응은 지금까지 생성된 NADPH와 ATP를 소비하면서 이산화탄소를 통해 포도당을 합성해 내는 과정입니다. 암반응은 빛이 없는 환경에서도 일어날 수는 있으나, NADPH와 ATP가 필요하기 때문에 빛이 없는 상황에서는 잠깐 일어나다가 말아버리게 됩니다(NADPH, ATP가 모두 소진되기 때문에). 암반응은 '캘빈 회로'라는 회로에 따라 작동되는데, 안타깝지만 앞의 TCA 회로처럼 이 회로도 외워햐 합니다. 다행히 TCA 회로보다는 외울 항목이 더 적긴 합니다.

자 먼저 첫번째 과정은 '탄소 고정' 과정입니다. 원래 있던 RuBP(5탄소화합물)3분자에 식물이 흡수한 이산화탄소 3분자가 결합해서 3PG 6분자가 만들어집니다. 이 때 탄소 개수는 총 18개이기 때문에 3PG는 3탄소 화합물이라는 점도 알 수 있겠죠?

두 번째 과정은 3PG의 환원 과정입니다. 이 때 6ATP가 소모되어 3PG가 DPG로 바뀌고 6NADHP가 소모되어 DPG가 G3P로 전환됩니다. 이 과정에서 결론적으로 3PG는 수소를 얻은 것이기 때문에 '환원'되었다고 볼 수 있습니다. 6분자의 G3P 중 한 분자의 G3P는 캘빈 회로에서 이탈하고 나머지 다섯 분자는 계속 캘빈 회로를 따라 진행합니다.

마지막 과정은 RuBP 재생 과정입니다. 5분자의 G3P에 3분자의 ATP가 사용되어 3분자의 RuBP로 전환됩니다.

포도당은 이탈한 G3P 분자가 두 개 모여서 만들어집니다. G3P는 3탄소 화합물이기 때문에 G3P 2분자가 모여야 포도당 한 분자가 된다는 소리입니다. 따라서, 위의 캘빈 회로가 두 번 돌아갈 때 포도당이 한 분자 만들어진다고 해석할 수 있겠습니다. 

+암반응의 주요 특징

-스트로마에서 일어난다. (즉, 암반응에 관여하는 모든 물질은 스트로마에 있음)

-빛이 없을때도 일시적으로 일어날 수 있다.

그러면 마지막으로 기출문제 몇 개 보고 끝내도록 하겠습니다.

2020 수능 명반응 문제

간단하게 힐의 실험에 대해서 설명해드리고 가겠습니다.

힐의 실험에서는 시험관 속의 옥살산철(III)가 원래 광합성에서의 NADP+의 역할을 합니다. 옥살산철(III)가 전자를 받아서 옥살산철(II)로 환원되는 과정이 실험에서 드러나고 있습니다.

ㄱ은 틀렸습니다. NADPH는 옥살산철(II)에 해당됩니다. ㄴ.힐의 실험은 광합성 명반응을 똑같이 재현해낸 것입니다. 힐의 실험에서도 물이 광분해 됩니다. ㄷ은 틀렸습니다. 산소는 광계II에서 생성됩니다.

2020 수능 암반응 문제

ㄱ은 3PG, ㄴ은 G3P, ㄷ은 RuBP가 되겠네요.

ㄱ선지 맞고 ㄴ선지는 틀렸습니다.(3<5) ㄷ은 RuBP이므로 최초 생성물이 아닙니다.

대부분 기출들이 이러한 형식과 비슷하게 나오고, 광합성 파트도 역시 개념을 알고 있다면 쉽게 할 수 있는 부분입니다. 꼭 개념을 잘 숙지하시기 바랍니다.

광합성을 매우... 압축적으로 정리해 보았습니다. 따라서, 학습을 끝내시고 복습하는 용도로 이 칼럼을 쓰면 좋을 것 같네요. 혹시 더 궁금한 사항 있으시면 댓글과 쪽지 환영합니다! 좋아요도 눌러주세요 ㅎㅎ

그러면 오늘의 칼럼은 여기서 마치도록 하겠습니다. 다음시간부터는 본격적으로 킬러 파트로 들어가니까 한글 파일로 칼럼을 올려야될 것 같네요.(작업할 게 많아져서...) 그럼 이만! ㅇㅅㅇ