광호흡과 광합성 환경

핵심 정리

광합성은 빛에너지를 이용해 이산화탄소를 당으로 고정하는 과정이며, 그 중심에는 빛을 흡수하는 엽록소가 있다. 광합성의 효율은 빛의 세기와 온도, 이산화탄소와 산소의 농도 같은 환경 요인에 따라 달라진다. 이 요인들 가운데 광합성의 생산성을 떨어뜨리는 대표적 손실 과정이 광호흡이다.

광호흡은 광합성의 핵심 효소인 루비스코가 이산화탄소 대신 산소와 결합하면서 일어나는 대사 과정이다. 루비스코는 이산화탄소와 산소 모두에 결합 친화력을 가지므로, 이산화탄소 농도가 낮아지면 산소와 결합하는 반응이 늘어난다. 광호흡은 에너지를 소모할 뿐 당을 생성하지 않으므로 광합성 생산성에서는 손실로 작용한다.

광호흡은 강한 광과 고온으로 기공이 닫혀 이산화탄소가 부족하고 산소가 많을 때 주로 일어난다. 이 과정은 C3 식물에서 두드러진다는 점에서 다른 광합성 경로와 구별된다.

광호흡은 식물에게 불리한 과정이다. 광호흡의 생성물은 3-포스포글리세르산이 아닌 2-포스포글리콜산이며, 이는 캘빈-벤슨 회로에서 대사되지 않는다. 광호흡을 진화의 흔적으로 보는 설명도 있어, 산소가 늘어난 대기에서 루비스코의 산소 결합 기능이 드러난 것으로 이해된다.

자세히

광호흡이 일어나는 환경 조건

기공은 건조한 낮에 수분 손실을 막기 위해 닫힌다. 기공이 닫히면 잎 안으로 들어오는 이산화탄소가 줄고 산소가 상대적으로 많아진다. 이 상태에서 빛에 의한 산소 소모인 광호흡이 일어난다. 기온이 높고 건조하여 기공이 닫히면 광호흡이 발생한다. 이때 같은 빛을 받아도 당 생성은 줄어든다. 따라서 광호흡과 광합성은 잎 안의 이산화탄소를 두고 경쟁하는 관계로 이해된다.

산소농도가 증가하면 광호흡이 늘고 탄산가스 흡수는 억제된다. 이산화탄소 흡수가 억제되는 조건과 광호흡이 늘어나는 조건은 같은 상황을 가리킨다. 환경 조건을 물을 때는 기공 개폐, 기온과 건조, 산소와 이산화탄소의 비율을 하나의 흐름으로 묶어 보아야 한다.