광합성의 명반응 단계에서 중요한 역할을 하는 광계 II(Photosystem II)와 광계 I(Photosystem I)은 엽록체의 그라눔 틸라코이드 막에 위치하며, 빛에너지를 화학에너지로 전환하는 전자전달계의 핵심 구성 요소입니다. 두 광계의 주요 차이점은 다음과 같습니다.
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중심 색소(반응 중심 엽록소)
- 광계 II: 반응 중심에 있는 엽록소의 흡수 정점이 $680\text{nm}$ 부근이어서 $P_{680}$이라고 부릅니다.
- 광계 I: 반응 중심에 있는 엽록소의 흡수 정점이 $700\text{nm}$ 부근이어서 $P_{700}$이라고 부릅니다.
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주요 기능 및 전자 공급원
- 광계 II: 빛에너지를 이용해 물($\text{H}_2\text{O}$)을 광분해합니다. 이 과정에서 산소($\text{O}_2$)가 발생하며, 방출된 전자가 전자전달계로 공급됩니다.
- 광계 I: 광계 II로부터 전달된 전자를 다시 빛에너지로 들뜨게 하여 최종적으로 $\text{NADP}^+$를 환원시켜 NADPH를 생산합니다.
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주요 생산물
- 광계 II: 전자가 광계 II에서 플라스토퀴논($PQ$)을 거쳐 사이토크롬 $b_6f$ 복합체를 통과할 때 발생하는 에너지를 이용하여 ATP를 생산합니다.
- 광계 I: 페레독신($Fd$)과 FNR 효소를 통해 높은 에너지를 가진 NADPH를 생산합니다.
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반응 순서와 위치
- 순서: 비순환적 전자전달 경로에서 빛에너지는 광계 II를 먼저 거친 후 광계 I로 전달됩니다.
- 위치: 광계 II는 주로 그라눔 틸라코이드의 겹쳐진 부분에 분포하며, 광계 I은 그라눔의 노출된 부분이나 스트로마 틸라코이드에 분포합니다.
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환경 스트레스에 대한 반응
- 광계 II는 저온이나 고온 등 외부 환경 스트레스에 더 예민하게 반응하여 기능이 쉽게 저하됩니다.
- 광계 I은 저온 노출 시 아스코르브산 페록시다아제($ascorbate\ peroxidase$) 효소의 도움으로 광계 II보다 상대적으로 피해를 적게 받는 것으로 알려져 있습니다.
요약하자면, 광계 II는 물의 광분해와 산소 발생, ATP 합성을 주도하며 전자전달의 시작점 역할을 하고, 광계 I은 전달받은 전자를 이용하여 암반응에 필요한 강력한 환원제인 NADPH를 만드는 역할을 수행합니다.