황세균과 달리 홍세균은 역전자 전달을 수행하는 이유가 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 광합성이 일어날 때 황세균(녹색황세균)은 순행적 전자 전달만을 하지만 홍세균(자색황세균)은 순행적 전자 전달과 함께 역전자 전달을 수행하는 이유가 무엇인가요?

Answer 1

황세균은 단순한 무기물, 예를 들자면 황화수소를 전자공여체로 사용하는 무산소 광합성 세균인데요 광계(P680 유사 구조) 하나를 이용하여 순행적 전자 전달만 수행합니다. 순행적 전자 전달에서는 전자 → 전자수용체 → NAD(P)⁺ 환원 → 탄소 고정 과정이 일어나며, ATP는 주로 광화학적 구동력으로 합성됩니다. 이때 황세균은 주로 NAD(P)H 생성에 큰 부담이 없고, ATP 요구량도 상대적으로 낮아 역전자 전달이 필요하지 않습니다.

반면에 홍세균은 단일 광계(P870)를 사용하며, 무산소 조건에서 유기물 또는 H₂S 등 다양한 전자공여체를 이용합니다. 하지만 P870에서 순행적 전자 전달만으로는 NAD(P)H를 충분히 생성하기 어려우며, NAD(P)H를 환원시키려면 전자 운반체의 전위가 충분히 낮아야 하는데, P870 광계 단일로는 직접 NAD(P)H를 환원할 수 있는 충분한 에너지가 없습니다. 따라서 홍세균은 ATP 생성과 NAD(P)H 생성을 분리할 필요가 있는데요, 홍세균은 단일 광계 구조로 NAD(P)H를 충분히 만들 수 없기 때문에, ATP와 환원력 생성 요구를 분리하기 위해 역전자 전달을 수행하는 것입니다. 감사합니다.

Answer 2

홍세균은 역전자 전달을 통해 NAD+를 NADH로 환원하여 Calvin-Benson 회로에 필요한 환원력을 확보합니다. 이는 홍세균의 광합성 반응 중심이 비교적 낮은 산화-환원 전위를 가져 NADPH를 직접 생성하기 어렵기 때문입니다. 반면 황세균은 반응 중심의 전위가 충분히 낮아 순행적 전자 전달만으로 NADPH를 생산할 수 있어 역전자 전달이 필요하지 않습니다.

Answer 3

안녕하세요. 정준민 전문가입니다.

홍세균은 nadph 합성을 위해 더 높은 환원력을 얻어야 하기에 역전자 전달을 사용한답니다.

반만 황세균은 황화수소 등 강한 전자 공여체를 써 순행적 전달만으로 충분하답니다.