광계 I과 광계 II가 협력하여 전자전달을 수행하는 과정에서 ATP와 NADPH는 어떻게 생성되나요?
안녕하세요. 식물의 광합성 중 명반응에서의 광계 I과 광계 II가 협력하여 전자전달을 수행하는 과정에서 ATP와 NADPH는 어떻게 생성되나요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 광합성의 명반응에서 광계 II와 광계 I은 서로 협력하여 전자를 전달하고, 그 결과 ATP와 NADPH라는 환원력과 에너지 저장 분자가 생성되는데요, 우선 광계 II의 반응 중심 색소인 P680이 광자를 흡수하면 들뜬 전자가 발생하며 이 전자는 1차 전자전달체인 페오피틴으로부터 플라스토퀴논을 거쳐 전자전달 사슬으로 흘러 들어갑니다. 전자를 잃은 P680은 물 분해 효소를 통해 물(H₂O)에서 전자를 보충받는데요, 이 과정에서 산소(O₂)가 부산물로 발생합니다. 다음으로 PSII에서 방출된 전자는 플라스토퀴논(PQ) → 시토크롬 b₆f 복합체 → 플라스토시아닌(PC)으로 전달되며, 이 과정에서 시토크롬 b₆f가 틸라코이드 내강으로 양성자(H⁺) 펌핑을 유도합니다. 결과적으로 틸라코이드 막을 사이에 프로톤 농도 구배가 형성되고, 이 기울기를 이용해 ATP 합성효소가 ADP + Pi → ATP를 합성합니다.
이와 함께 플라스토시아닌(PC)을 통해 넘어온 전자는 광계 I의 반응 중심 색소 P700에 전달되며, 빛을 흡수한 P700은 다시 들뜬 전자를 방출하고, 이 전자는 페레독신(Fd)으로 전달됩니다. 이후 페레독신에 전달된 전자는 페레독신-NADP⁺ 환원효소(FNR)에 의해 최종적으로 NADP⁺를 NADPH로 환원시킵니다. 감사합니다.
식물의 광합성 명반응에서 ATP와 NADPH는 비순환적 광인산화를 통해 생성되며, 이 과정은 광계2와 광계1의 협력으로 틸라코이드 막에서 일어납니다.
광계2가 빛을 흡수해 전자를 방출하고, 잃어버린 전자는 물의 광분해로 보충됩니다. 그리고 이 광분해로 H+이온은 틸라코이드 내부 공간인 루멘에 쌓입니다.
PS2에서 나온 고에너지 전자는 전자전달계를 따라 PS1로 이동하고, 전자가 이 경로를 지날 때 방출하는 에너지는 H+이온을 스트로마에서 루멘으로 펌핑하는 데 사용되어 H+농도 기울기가 형성됩니다.
그리고 루멘에 축적된 H+이온이 이 기울기를 따라 ATP 합성 효소를 통과하면서 ATP가 합성됩니다.
이후 전자전달계의 전자는 PS1에 도달하여 다시 빛 에너지를 흡수하여 에너지가 높아지고, PS1에서 나온 고에너지 전자는 짧은 전달계를 거쳐 NADP+로 전달됩니다. 그리고 NADP+는 효소의 작용으로 전자를 받아 스트로마의 H+와 결합하여 NADPH로 환원되게 되죠.
글로만 설명드리니 좀 어려워 보일 수도 있는데 결과적으로, ATP는 H+기울기를 이용해, NADPH는 PSI에서 재활성화된 고에너지 전자를 이용해 생성되고, 생성된 ATP와 NADPH는 광합성의 다음 단계인 암반응에서 탄수화물 합성에 필요한 에너지와 환원력을 주는 것입니다.
광계 II에서 방출된 전자가 전자 전달계를 거쳐 광계 I으로 이동하는 동안 방출되는 에너지는 수소 이온을 틸라코이드 내부로 능동 수송하는 데 사용됩니다. 이로 인해 틸라코이드 내부와 외부의 수소 이온 농도 기울기가 형성되고, 이 기울기를 통해 수소 이온이 ATP 합성 효소를 통과하며 ATP가 생성됩니다. 한편, 광계 I에서 다시 들뜬 전자는 NADP+ 환원 효소로 전달되어 NADP+를 NADPH로 환원시켜 ATP와 NADPH가 모두 생성됩니다.
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