정답
㉠은 NADP+ 환원효소(FNR, ferredoxin–NADP+ reductase)이다. 밑줄 친 ㉡의 이유는 일부 C4 식물의 유관속초 세포에서 광계 II가 거의 없거나 활성이 낮아 O2 발생을 억제하고, 순환 전자 흐름으로 ATP만을 충분히 생성함으로써 Rubisco 주변의 O2 농도를 낮춰 광호흡을 최소화하기 위함이다.
출제 의도
이 문항은 광합성 명반응의 선형·순환 전자 흐름을 구분하고, 각 경로의 산물(ATP, NADPH)의 기능적 차이를 이해하며, C4 식물에서 전자 흐름의 조절이 Rubisco의 기질 특성과 광호흡 억제에 어떻게 기여하는지를 설명할 수 있는지를 평가한다.
풀이 과정
광합성 명반응에서 물의 광분해로 나온 전자는 광계 II를 거쳐 PQ–사이토크롬 복합체–PC를 지나 광계 I로 전달된다. 광계 I에서 다시 들뜬 전자는 페레독신을 통해 최종적으로 NADP+ 환원효소에 전달된다.
$$ \text{광계 I} \rightarrow \text{ferredoxin} \rightarrow \text{NADP}^+ \text{ 환원효소} \rightarrow \text{NADPH} $$
따라서 광계 II와 광계 I을 거쳐 도달하는 전자의 종착지는 NADP+ 환원효소이며, 여기서 NADPH가 생성된다. 이것이 괄호 (㉠)에 해당한다.
전자 전달은 두 가지 경로로 나뉜다. 선형 전자 흐름에서는 NADPH와 ATP가 모두 생성되며, 순환 전자 흐름에서는 광계 I만 관여하여 ATP만 생성된다.
일부 C4 식물의 잎 유관속초 세포에서는 명반응의 전자 흐름이 순환 경로로만 일어난다. 이는 유관속초 엽록체에 광계 II가 없거나 활성이 매우 낮기 때문이다.
광계 II가 작동하지 않으면 물의 광분해가 일어나지 않아 O2가 생성되지 않는다. 이로 인해 Rubisco가 존재하는 유관속초 세포 내에서 O2 농도가 낮게 유지된다.
Rubisco는 CO2뿐 아니라 O2도 기질로 사용할 수 있어, O2 농도가 높으면 광호흡이 증가한다. C4 식물은 유관속초 세포에서 O2 생성을 억제하고 CO2를 농축함으로써 Rubisco의 산소화 반응을 최소화한다.
이 과정에서 필요한 에너지(ATP)는 순환 전자 흐름으로 충분히 공급되며, NADPH는 주로 엽육세포에서 생성되어 탄소 고정에 기여한다.
따라서 ㉡과 같은 전자 흐름의 특성은 Rubisco의 기질 특성과 연관되어 광호흡을 억제하는 생물학적 장점을 가진다.
<풀이가 부정확할 수 있으니 반드시 교차검증 확인 바랍니다.>