광호흡

  광호흡은 잎에서 광조건하에서만 일어나는 호흡작용으로, 엽록체에서 광합성으로 고정된 탄수화물의 일부가 산소를 소모하면서 다시 분해되어 미토콘드리아에서 이산화탄소로 방출되는 과정을 나타낸다. 광호흡은 엽록체와 미토콘드리아뿐만 아니라 퍼옥시솜도 함께 관여하여 일어난다. 산소를 소모하는 것은 야간에 이루어지는 식물의 호흡작용과 유사하지만, 광호흡은 잎에서 햇빛이 있을 때에만 발생하며, 광합성으로 초기에 고정된 물질의 일부가 분해되는 것은 야간 호흡작용과는 차이가 있다.

  C-3 식물의 경우 광합성으로 고정된 이산화탄소의 20~40% 정도가 광호흡으로 방출되며, 낮에 발생하는 광호흡은 야간에 발생하는 호흡보다 2~3배 더 빠른 속도로 진행된다. C-3 식물의 광호흡은 산소의 농도를 줄이면 감소시킬 수 있다. 광호흡을 일으키는 효소는 C-3 식물에서 이산화탄소를 처음 고정하는 RuBP카르복실라아제로, 이 효소는 산소보다 이산화탄소에 친화력이 강하지만 동시에 이산화탄소와 산소를 동시에 이용해 화학반응을 일으킬 수 있어, 주변에 21% 농도로 존재하는 산소가 0.04%로 존재하는 이산화탄소만큼 반응을 잘 일으켜 결국 광호흡이 증가다.

  C-3 식물에 속하는 수목에서는 낮의 광호흡량이 밤의 호흡량보다 많으며, 이는 낮에 온도와 광도가 증가할 때 광호흡량도 크게 증가하기 때문이다. 특히 햇빛으로 인해 잎의 온도가 상승하면 광호흡량이 더욱 증가한다.

  반면에 C-4 식물은 광호흡량이 적기 때문에 결과적으로 광합성 속도가 C-3 식물보다 훨씬 빠르다. C-4 식물의 RuBP 카르복실라아제는 유관속초 세포에 국한되어 있어 이 세포 내에서 이산화탄소의 농도가 높아 산소가 제대로 경쟁하지 못해 광호흡이 적어지기 때문이다.

  식물이 소모적인 광호흡을 하는 이유에 대한 여러 가지 해석이 있지만, 광호흡이 햇빛의 고광도로부터 광합성 구조를 보호하고, 질소순환 및 질소동화작용에 기여하며, 세포의 산화-환원 항상성을 유지하여 안전장치 역할을 한다는 설명이 가장 설득력 있다.

 

 

출처 : 수목생리학(서울대학교출판문화원)