[기본서 내용]
광호흡(photorespiration)은 잎에서 햇빛이 있을 때에만 일어나는 호흡작용으로, 광합성에 의해 고정된 탄수화물의 일부가 다시 분해되어 $\text{CO}_2$로 방출되는 과정을 의미합니다. 주요 특징과 기작은 다음과 같습니다.
- 발생 장소 및 관련 소기관: 잎의 엽록체에서 시작되며, 미토콘드리아(mitochondria)와 퍼옥시솜(peroxisome)이 함께 관여하여 진행됩니다.
- 기작 및 효소:
- 광합성에서 $\text{CO}_2$를 고정하는 효소인 루비스코(Rubisco)가 $\text{CO}_2$ 대신 산소($\text{O}_2$)와 결합하면서 시작됩니다.
- 루비스코는 $\text{CO}_2$에 대한 친화력이 더 강하지만, 대기 중 $\text{O}_2$ 농도($21\%$)가 $\text{CO}_2$ 농도($0.04\%$)보다 훨씬 높기 때문에 산소와 결합하는 반응이 빈번하게 일어납니다.
- 식물군별 차이:
- C-3 식물: 광합성으로 고정한 $\text{CO}_2$의 $20 \sim 40\%$가 광호흡을 통해 다시 방출됩니다. 낮에 일어나는 광호흡 속도는 밤의 호흡보다 $2 \sim 3$배 더 빠릅니다.
- C-4 식물: 유관속초 세포 내에 $\text{CO}_2$ 농도를 높게 유지하는 기작이 있어 광호흡량이 아주 적으며, 이로 인해 순광합성 속도가 C-3 식물보다 빠릅니다.
- 광호흡 질소순환: 광호흡 과정 중 미토콘드리아에서 글리신(glycine)이 분해될 때 $\text{CO}_2$와 함께 암모늄($\text{NH}_4^+$)이 발생합니다. 이 암모늄은 다시 엽록체로 이동하여 글루타민(glutamine)으로 고정되는데, 이를 통해 세포 내 암모늄 축적 독성을 방지하고 질소 대사에 기여합니다.
- 생리적 기능:
- 강한 햇빛(고광도)으로부터 광합성 구조를 보호하는 역할을 합니다.
- 세포의 산화-환원 항상성을 유지하는 안전장치 역할을 수행합니다.