광호흡(Photorespiration)

...기분전환을 위해 평소 자주 눈팅하는 꼬깔님의 글에서 마침 관련내용이 나왔길래 살짜쿵 트랙백을 겁니다.

관련논문
Ku, S.B., and Edwards, G.E. (1978) Oxygen inhibiton of photosynthesis. III. Temperature dependence of quantum yield and its relation to O2/CO2 solubility ratio. Planta 140:1-6

Ogren, W.L. (1984) Photorespiration : Pathways, regulation and modification. Annu. Rev. Plant Physiol. 35:415-422

Tolbert, N.E. (1981) Metaboilc pathways in peroxisomes and glyoxysomes. Annu. Rev. Biochem. 50:144-157

Rubisco는 엽록체에 존재하는 광합성 효소입니다. 원래 루비스코는 대기중의 이산화탄소를 고정하여 산소를 발생시키나, 고농도의 O2와 Ribulose-1,5-diphosphate가 존재할 경우 다른 반응을 일으킵니다. 이는 평형유지를 위한 화학반응[footnote]Le Chatelier's Law. 평형상태에 있는 물질계에 어떠한 변화를 주었을 때 그것을 억제하는 방향으로 평형이 이동한다는 법칙입니다. O2가 증가하고, CO2가 감소하며 온도가 높을수록 광호흡이 증가됩니다.[/footnote]이기 때문에, 생물체가 조절할 수 없다는 특징이 있습니다. 구체적인 반응 메카니즘은 아무래도 그림이 빠르겠죠.(...)

사용자 삽입 이미지

스캔 상태가 좀 안좋습니다. -_-;;


이러한 과정을 거치면 세포에는 두가지 생리적 특징이 생깁니다.

1. 빛을 받았는데도 CO2의 방출량이 증가하고, O2를 소비하게 됩니다.
2. 아미노산의 전환이 일어남에도 유기질소의 총량은 변하지 않습니다.
(이 말은 단백질 합성을 위해 별도의 아미노산 합성을 하지 않아도 된다는 말입니다)
3. 호흡을 함에도[footnote]O2+탄수화물 -> CO2+H2O이나, 이 물은 세포 바깥으로 배출되지 않고 식물 세포의 소기관인 Peroxisome에 남아있게 됩니다.[/footnote] 약 75%의 탄소는 캘빈회로로 돌아옵니다. 단, CO2로 소실된 나머지 25%는 일반적인 식물에서는 실종됩니다.

사실 이 광호흡은 기원이 불분명한 순환체계이며, 일종의 불합리한 행동으로 보일 수 있습니다. 비록 아미노산 합성에서 약간의 이점을 보이지만, 그 종류에는 한계가 존재하며, 광합성 기구의 손상을 막는다는 말도 있습니다. 그 대표적인 사례로1996년 Kozaki와 Takeba박사의 논문에 의하면 광산화 반응과 광저해 스트레스를 감소시키는 효과가 있다고 합니다.[footnote]이 실험은 유전자를 조작하여 광호흡과정의 특정부분을 억제한 실험입니다. 실험군이었던 애기장대는 고농도의 CO2에서는 정상적으로 성장하였지만, 일반 대기상태에서는 광스트레스에 의해 고사하는 특징을 보였습니다.[/footnote] 더불어서 수분스트레스에서도 약간의 저항성을 보이는 특징을 가지고 있지요.

현재 광호흡에 대해서는 그 진행 회로가 알려지고, 그 의외의 것은 잘 알려지지 않았습니다. C3식물에서는 루비스코를 둔 O2와 CO2의 경합때문에 광합성효율이 최대 90%까지 떨어지며, C4식물에서는 효율 자체는 떨어지지만 CO2를 고정하는 기능덕에 실질적으로는 더 높은 효율을 보여주는 특성을 가지고 있지요. 아무래도 저같은 식물계열, 특히 생리학 좋아하는 사람들은 계속 주시해야 할 분야일듯 합니다. :)

p.s 국운을 걱정하는 포스팅에 이런글을 트랙백 걸다니. 저도 막장이긴 막장이군요. orz

Posted by 단순한생각

Photorespiration, 광호흡
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  1. 꼬깔 2007/12/19 22:18 # M/D Reply Permalink

    와~ 재밌게 잘 읽었습니다. :) 사실 고등학교 때는 저 칼빈회로, TCA 회로 외우는 것이 고역이었지만 지금 다시 보면 재밌는 것 같습니다. :) 신기하기도 하고요. 또한, 광호흡이란 개념을 책을 통해서 조금 접하고 C3와 C4 식물과 관련해서 나온 얄팍한 내용만 알고 있었지요. 만약 광호흡이란 과정이 식물 생존에 부담만 주는 과정이라면 도태되지 않았을까란 생각도 들고요. 뭔가 도움이 되는 과정이긴 하겠죠? :) 남은 하루 잘 보내시기 바랍니다. :)

    1. 단순한생각 2007/12/19 22:36 # M/D Permalink

      이렇게 찾아와 주셔서 감사합니다 ^^

      만약 식물 생존에 부담이 되는 과정이라면 분명 사라졌겠지요. 하지만 분명 도움이 되기에 저렇게 살아남은건 확실한거 같습니다. 개인적으로 식물생리학을 전공으로 택하고 싶기 때문에, 아마 꾸준히 파고들지 않을까 하는 생각이 듭니다.

      꼬깔님도 좋은 하루 되세요 :)

  2. 미키맨틀 2007/12/19 23:12 # M/D Reply Permalink

    무슨 말씀인지 모르지만 포스팅 감사해요. 생리학이라는 것이 동물만 복잡한 줄 알았는데 식물도 못지않는다는 것을 처음 알게 된 문과-_-;입니다.
    뱀다리:근데 이런 생리학과 유전자 연구를 통한 진화발생학과는 아무 관련도 없는 것인가요?

    1. 단순한생각 2007/12/19 23:33 # M/D Permalink

      사실 세포단위로는 식물생리학이 더 복잡합니다. 소기관 종류도 더 많고, 소기관의 분화율도 더 높을뿐더러 기능도 더 많아요. 단지 동물의 경우는 순환계등이 있어서 복잡하고, 식물은 그런 순환계가 거의 없으니까요.

      생리학과 진화발생학은 밀접한 관계가 있습니다. 예를 들어 미토콘드리아나 엽록체에 있는 유전자는 진화발생학의 중요 지표고, 이 둘의 유전자에 변화가 생기는걸 확실히 잡아내는 방법은 생리학적 관점이지요.

      ...라지만, 생리학과 진화발생학은 약간 거리가 있답니다. orz

  3. Asuka_Feanaro 2007/12/20 16:00 # M/D Reply Permalink

    루비스코가 RuBP인가요? RuBP는 Ribulose Biphosphate이라는 당인산류고 루비스코는 RuBP에 이산화탄소를 고정시키는 효소라고 알고 있었습니다만;

    1. 단순한생각 2007/12/20 18:09 # M/D Permalink

      아. 제가 졸려서 잘못쓴거 같군요; 지적 감사합니다 :)

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