명반응에 대하여 궁금한 점이 있습니다
명반응에서 물을 수소 이온과 전자, 산소 기체로 분해하며, 여기서 나온 전자는 이후 NADP+를 환원시키는데 사용된다고 알고 있습니다. 하지만 NADP+를 합성하는데 전자 뿐만 아니라 수소 이온도 필요한데, 이 과정에서 수소 이온은 어디서 얻는 것인지 궁금합니다. 물을 분해하는 과정에서 나온 수소 이온을 활용하는 건가요, 아니면 스트로마에 남아 있던 수소 이온 중 하나를 활용하는 건가요?
결론부터 말씀드리면, NADPH를 합성하는 데 사용되는 수소 이온은 물이 광분해되면서 생성된 수소 이온입니다.
빛 에너지를 받은 엽록체에서 물 분자가 분해되면서 수소 이온(H+), 전자(e-), 그리고 산소 기체(O^2)가 생성됩니다. 생성된 전자는 전자 전달계를 따라 이동하면서 에너지를 방출하고, 최종적으로 NADP+에 전달됩니다. 그리고 NADP+는 전자를 받아들여 NADPH로 환원되는데, 이때 전자 전달계를 따라 이동한 수소 이온들도 NADP+에 함께 결합하여 NADPH를 형성하게 됩니다. 즉, NADPH를 합성하는 데 필요한 수소 이온은 물의 광분해 과정에서 직접 생성된 것이며, 스트로마에 있던 수소 이온을 추가적으로 사용하는 것은 아닙니다.
그리고 스트로마의 수소 이온을 사용하지 않는 가장 큰 이유는 효율성 때문입니다. 물의 광분해 과정에서 생성된 수소 이온은 이미 전자 전달계를 통해 에너지를 잃은 상태이므로, 추가적인 에너지 소모 없이 바로 NADP+에 결합하여 NADPH를 형성할 수 있죠. 또한 물의 광분해를 통해 생성된 수소 이온의 양은 빛의 세기에 따라 조절될 수 있으므로, NADPH의 생성량을 정확하게 조절하는 데 유리합니다.
명반응에서 NADP+를 환원하여 NADPH를 생성할 때 필요한 수소 이온(H⁺)은 주로 물 분해(광분해) 과정에서 얻어집니다. 물 분해 과정에서 물(H₂O)이 광계 II에 의해 산소(O₂), 전자(e⁻), 그리고 수소 이온(H⁺)으로 분해되는데, 이때 나온 수소 이온이 NADP+를 환원시키는 데 사용됩니다. 또한, 명반응 동안 틸라코이드 내막 안으로 수소 이온 농도가 높아지면서 농도 구배가 형성되는데, ATP 합성 효소를 통해 스트로마로 이동하며 NADP+ 환원에도 기여할 수 있습니다. 따라서 주된 수소 이온 공급원은 물의 광분해에서 비롯됩니다.