캘빈 회로
캘빈 회로(영어: Calvin cycle)는 광합성에서 이산화탄소와 다른 화합물을 글루코스로 전환시키는 일련의 생화학적 산화·환원 반응들로 이루어진 회로를 의미한다. 광비의존적 반응(光非依存的 反應, 영어: light-independent reaction), 암반응(暗反應, 영어: dark reaction)이라고도 한다. 이 반응 회로는 틸라코이드 막 외부 엽록체의 영역인 스트로마에서 일어난다. 물과 이산화탄소와 명반응의 생성물(ATP와 NADPH)을 재료로 탄소고정, 산화환원, RuBP 생산의 세 단계를 거쳐 글루코스를 만들어낸다. 각 과정을 해석하는 관점에 따라 생합성 단계(biosynthetic phase), 광합성 탄소감소 회로(photosynthetic carbon reduction (PCR) cycle)로 지칭되기도 한다.[1]
암반응이란 이름에도 불구하고 빛이 있을 때 일어나는 명반응의 산물(환원된 NADP)을 필요로 하기 때문에 식물은 밤 동안에는 캘빈회로를 진행하지 않는다. 어두울 땐 비축해 뒀던 녹말로 수크로스를 만들어 체관부에 분비해 식물에 에너지를 제공한다. 그러므로 광합성의 종류(C3 탄소고정, C4 탄소고정, CAM 식물)와는 상관없이 빛이 있을 때 암반응이 일어나게 된다. CAM 식물은 밤에 액포에 말산을 저장해 두었다 낮에 방출하여 암반응이 일어나게 한다.
방사성 탄소를 사용하여 미국 캘리포니아 대학교 버클리의 화학자 멜빈 캘빈이 규명하였다.[2]
전체 반응
편집캘빈 회로의 전체반응은 다음과 같다.
다른 대사 경로와의 결합
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광계 I에서 생산된 NADPH가 제공하는 환원력을 필요로 하는 것처럼 암반응은 틸라코이드 전자 전이와 밀접하게 연결되어 있다. C2 회로로서 알려진 광호흡의 과정은 그것이 루비스코 효소의 대체 반응이며, 최종 부산물이 또 다른 G3P라는 결과로부터 암반응과 연결된다.[3]
광합성은 세포 속에서 두 단계에 걸쳐 일어나는데. 첫번째 단계에서는 명반응이 빛에너지를 흡수하고 그것을 에너지 저장과 ATP와 NADPH 분자를 수송하는데 이용한다. 명반응 캘빈 회로는 금방 사라지는 이산화탄소와 물을 유기체에 의해 사용될 수 있는 유기화합물로 전환시키기 위해 들뜬 전자 운반체로부터의 에너지를 사용한다. 이런 일련의 반응을 탄소고정이라 부른다. 이 회로의 주요 효소는 루비스코 효소라고 불린다. 다음과 같은 생화학적 평형에서, 인과 카르복시산은 pH에 의해 통제됨으로써 다양한 이온화 평형 상태에서 존재하게 된다.[3]
캘빈 회로의 효소들은 글루코스 합성과 같이 다른 경로에서 사용되는 대부분의 효소가 기능적으로 같지만 그들은 이 반응을 분리하는 대신 엽록체 스트로마에서 찾아볼 수 있다. 명반응의 부산물도 또한 빛을 방출한다. 이런 규제 기능은 캘빈 회로가 이산화탄소를 방출하는 것을 막는다. ATP 형태의 에너지는 순생산력이 없는 이런 반응을 수행하기 때문에 낭비될 것이다.[3]
비록 많은 식은 C6H12O6와 같은 광합성의 산물을 나열하지만 이것은 주로 6탄당이 미토콘드리아에서 산화되는 호흡식에 대응하는 편이다. 캘빈회로의 이산화 탄소 부산물들은 3탄당 인산 분자 즉, G3P이다.[3]
같이 보기
편집각주
편집- ↑ Silverstein, Alvin (2008). 《Photosynthesis》. Twenty-First Century Books. 21쪽. ISBN 9780822567981.
- ↑ Bassham J, Benson A, Calvin M (1950). “The path of carbon in photosynthesis” (PDF). 《J Biol Chem》 185 (2): 781–7. doi:10.2172/910351. PMID 14774424. 2009년 2월 19일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2013년 7월 3일에 확인함.
- ↑ 가 나 다 라 Urry, Lisa A. (2017). 《Campbell biology》 Eleven판. New York, NY. ISBN 0-13-409341-0.