C3 식물

C3 식물은 C3 대사과정으로만 탄소를 고정하는 식물이다.

C3 탄소고정

식물에서의 암반응 중 가장 잘 알려져 있고 가장 먼저 반응과정이 밝혀진 것으로 캘빈 회로(Calvin cycle, Calvin-Benson cycle, PCR cycle(photosynthetic carbon reduction cycle)가 있다. 반응 과정을 밝힌 사람인 멜빈 캘빈(과 공동연구자 Benson)의 이름을 따서 지었으며 반응 과정은 다음과 같다.

CO₂(이산화탄소)는 5탄당인 RuBP(ribulose bisphosphate)에 결합하여 6탄당이 되어 2개의 3탄당(3-인산글리세르산(GP) = 3-PGA )으로 쪼개어진다.

3-PGA는 광반응에서 ATP와 NADPH에 의해 환원되어 G3P가 되고 G3P 2분자가 모여 육탄당인 포도당을 합성하는 데 쓰인다.

나머지 G3P 분자들은 ATP에 의해 다시 RuBP가 되어 CO₂를 받아들인다.

이 때 RUBISCO 효소가 관여한다. 이 효소는 이산화탄소농도가 낮거나 산소농도가 높으면 CO₂대신 O₂를 받아들여 3탄당인 GP를 산화하여 이산화탄소를 내어놓는다(광호흡).

${\ce {6 CO2 RuBP -> 12 GP}}$

이때 2개의 GP는 포도당이 되며, 10개의 GP는 재순환한다.

포도당은 핵산과 같은 5탄당 탄소 골격을 만들기도 하고 엿당과 같은 이당류나 녹말이나 셀룰로스와 같은 다당류를 합성하는 데 쓰인다. 또한 광합성으로 생성된 포도당은 2탄당인 아세틸-CoA(Acetyl coenzyme A)로 분해되어 다시 지질, 단백질을 합성하는 데에도 사용된다.

특성

C3 식물은 빛이 너무 강하지 않고 온난하며, 이산화 탄소농도가 약 200ppm 이상 (ppm:parts per million)이고 지표수(ground water)가 충분한 곳에서 잘 생존하는 경향을 나타낸다. C3 식물은 고생대에서 중생대 사이에 출현하였으며 중생대 후기에 일부가 C4 식물로 분화했다. 현재에도 지구상의 식물 생체량의 약 95%를 차지하고 있다.

이산화탄소에 ¹³C 동위원소 표지(isotopic signature)를 해서 관찰하면 포도당을 고정하는데 C3 식물이 C4 식물보다 이산화탄소를 더 많이 소모한다. 다시 말하면 C3 식물이 C4 식물에 비하여 광합성에서 이산화탄소 이용 효율이 낮다는 의미이다. 이는 C3 식물과 C4 식물의 반응경로와 유조직의 구조적 차이 때문에 일어나는 현상이다(자세한 사항은 C4 식물을 참고할 것).

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