광합성을 수행할 때 적색저하 효과가 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 광합성을 수행할 때에는 빛의 파장이 중요한 역할을 한다고 알고 있는데요, 적외선 영역으로 갈수록, 즉 파장이 길어질 수록 광합성 효과가 줄어드는 이유는 무엇인가요?
적색저하란 광합성 효율이 680~700 nm 이상의 장파장 빛 영역에서 급격히 감소하는 현상을 말하는 것인데요, 이때 빛의 파장이 길어질수록 광합성 속도가 떨어지고, 특정 파장 이후에는 거의 광합성이 일어나지 않습니다. 광합성은 빛에너지를 전자 에너지로 전환하여 ATP와 NADPH를 생성하는 과정인데요, 광계 반응 중심의 엽록소(P680, P700)는 빛 에너지가 특정 최소값 이상일 때만 전자를 여기시켜 전자 전달을 시작할 수 있습니다. 즉 이때 파장이 700 nm를 넘어가는 장파장 빛은 전자를 여기시키기에 충분한 에너지를 제공하지 못하기 때문에 전자 전달 효율이 감소하게 됩니다.
광계 II(P680)와 광계 I(P700)의 반응 중심은 각각 680 nm, 700 nm 파장에 최적화되어있는데요, 700 nm 이상의 빛은 P700의 전자 여기에도 충분하지 않기 때문에 전자 전달이 지연되고, ATP와 NADPH 생성 효율이 낮아지며 결과적으로 광합성 속도가 급격히 떨어지면서 적색저하 현상이 나타나는 것입니다. 감사합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
적색저하 효과는 긴 파장 빛이 광자의 에너지가 낮아, 전자 들뜸과 광계 2를 활성화에 충분치 않기 떄문에 나타난답니다.
즉, 광합성 반응을 구동할 최소 에너지를 확보핮 ㅣ못해 효율이 덜어지는 것이랍니다.
광합성 효율이 적색광(680nm) 이후 파장이 길어질수록 급격히 감소하는 현상을 적색저하 효과라고 합니다. 이는 광합성에 필요한 두 가지 광계, 즉 광계 I(PSI)과 광계 II(PSII)가 서로 다른 파장의 빛을 주로 흡수하기 때문입니다. 광계 II는 680nm 파장의 빛을 효과적으로 흡수하여 물을 분해하고 산소를 발생시키지만, 680nm 이상의 긴 파장에서는 활성이 현저히 떨어집니다. 반면 광계 I은 700nm 파장의 빛을 잘 흡수하지만, 광계 II의 활성이 낮아지면 전체적인 광합성 과정이 원활하게 진행되지 않아 효율이 저하됩니다. 이처럼 두 광계가 협력해야 광합성이 최대로 이루어지는데, 680nm를 넘는 파장에서는 광계 II가 제대로 작동하지 못해 전체 광합성 효율이 떨어지게 되는 것입니다.
광합성에 관여하는 광계가 원활하게 작동하지 않기 때문입니다.
식물의 광합성은 두 가지 광계, 즉 광계1과 광계2의 협력으로 이루어집니다. 이 두 광계는 서로 다른 파장의 빛을 흡수하며, 효율적인 광합성을 위해서는 두 광계가 모두 활성화되어야 합니다.
광계1은 주로 700nm 근처의 원적색광을 흡수하는 데 효율적이며 광계2는 주로 680nm 근처의 적색광을 흡수하는 데 효율적입니다.
그런데, 680nm보다 긴 파장의 단일 빛, 특히 700nm 이상의 원적색광을 식물에 비추면, 광계2가 제대로 활성화되지 않습니다. 반면, 광계1은 계속 빛을 흡수하여 에너지를 전달하지만, 광계2에서 전자가 공급되지 않아 전자 흐름이 끊기게 됩니다.
이로 인해 광합성 전체 효율이 급격히 떨어지며, 산소 발생량이 현저하게 감소하는 현상이 나타나는데, 이것이 바로 적색 저하 효과입니다.