광합성

식물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 과정. 일반적으로는 식물이 빛에너지를 생물학적으로 이용할 수 있는 자유에너지로 변환하는 과정을 말하며, 탄소고정이 대표적인 예가 된다. 이 과정에서는 고정되는 이산화탄소와 거의 같은 몰의 산소가 발생한다. 1년 동안에 지구상의 육상식물이 광합으로 순수생산하여 고정하는 탄소량은 5×l0¹⁰t 정도이고, 해양식물의 경우는 그 반 정도로 추정하고 있다. 녹색식물의 광합성은 엽록체에서 일어난다.

광합성은 동화색소(광합성색소)가 빛에너지를 흡수하는 것에서 시작된다. 광량자에 의해 여기된 광합성색소는 다른 광합성색소에 에너지를 전달하고, 여기에너지는 최종적으로 ‘광합성의 반응중심’이라는 특별한 클로로필 a-단백질복합체에 도달하고 여기서 광화학반응이 일어난다. 광합성이 진행되기 위해서는 집광성 색소에 흡수되는 빛에 의해 진행하는 비율이 큰 광화학계Ⅱ와, 주로 클로로필a에 흡수되는 빛에 의해 일어나는 광화학계Ⅰ의 2종류의 광화학반응이 일어나야 한다.

광화학계Ⅰ의 반응중심 클로로필a는 700nm 부근의 적색부위에서 흡수극대를 나타낸다는 점에서 P700이라고 한다. 광화학계Ⅱ의 반응중심 클로로필a는 680nm 부근에서 흡수대를 갖기 때문에 P680이라 한다. 광화학계Ⅱ의 반응중심 클로로필a가 여기하면, 첫 단계의 전자수용체가 환원하고 물이 산화하여 산소가 발생한다. 환원한 전자수용체에서 전자는 여러 전자전달체를 거쳐 P700에 도달한다.

환원한 P700은 광화학계Ⅰ에서의 광화학과정에 의해 산화되고, P700에서의 전자는 몇 가지의 전자전달체를 거쳐, 최종적으로는 NADP^＋에 전달된다. 그리고 광화학계Ⅱ에서 광화학계Ⅰ로의 전자전달 및 광화학계Ⅰ 주위의 순환적 전자전달과 짝지어져서 광인산화가 일어나 ATP가 합성된다. 식물은 생성된 NADPH와 ATP를 사용하여 탄소고정을 하지만, 리불로오스-1,5-인산카르복시라아제/옥시게나아제(Rubisco)에 의해서 최초의 탄소고정을 하는 C₃식물과, 포스포에놀피루브산카르복실화효소에 의해 최초의 고정을 하는 C₄식물로 분류된다.