18. C3, C4, CAM이츄

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1. 이게 뭥미? 

일단 저게 뭔지를 알기 전에... 생각을 해 봅시다. 

어떤 풀때기는 더우면 못 사는데 어떤 풀떄기는 더운데서도 잘 견디고, 선인장은 물을 많이 주면 죽죠. 왜 그럴까요? 

정답은 식물들도 사는 곳에 따라 나름 적응하기 때문입니다. C3, C4 CAM은 광합성 산물이 탄소 3개(3-Phosphoglycerate), 4개(Oxaloacetate), CAM은 돌나물형 유기산인가 그래요. 

2. 루비스코, 신비의 뚱땡이 

식물이 광합성을 하면 캘빈 회로라는 걸 돕니다. 

이런 건데... 저기 보면 phase I(탄소 고정)에 3-포스포뭐시지 있잖아요? 저게 탄소가 3개라 C3입니다. 여튼... 여기서 열나게 일을 하는 효소가 저기 파란 글씨로 되어 있는 루비스코(RubisCO)라는 녀석입니다. 약 50키로달톤인 8량체 뚱땡이죠. 저기서 뭐 지지고 볶고 하는데 RuBP하고 하는 녀석이랑 짝짜꿍해서 이산화탄소 고정하는 게 저 효소가 하는 일입니다. (RuBP: ribulose 1, 5 bisphosphate) 물론 6탄당 만든 다음 반으로 갈라서 나오는 산물이 3-Phosphoglycerate죠. 포도당 될 거예요. 

여기서 문제는 뭐냐... 루비스코의 풀네임이 Ribulose 1,5 bisphosphate Carboxylase Oxygenase입니다... 패드 비번으로 저거 쓰면 조카가 절대 못 풉니다 저정도면 주인도 못 외운다 그렇습니다. 이 뚱땡이는 고온건조한 환경에서 산소와 짝짜꿍합니다... (평소에는 이산화탄소랑 놉니다) 위 그림은 광합성 할 떄 돌아가는 캘빈 회로라 이산화탄소 쓰잖아요? 근데 이 뚱땡이가 산소랑 놀면 

만들라는 산소 안 만들고 광호흡 합니다... 왜냐하면 너무 덥고 건조해서 식물이 수분 손실 방지를 위해 기공을 아예 안 열거든요. 이게 일반적인 C3 식물입니다... 그래서 C3식물은 더운데서 못 삽니다. 

3. 공간을 분리해 광호흡을 방지하는 C4식물 

그럼 C4식물은 뭔가요??? 라고 한다면 3-phosphoglycerate 대신에 oxaloacetate가 산물로 나오는 겁니다. 얘들은 원래 드럽게 덥고 건조한데서 사는 애들이라... (예: 옥수수) 

덥고 건조한 데서는 C3식물의 경우 루비스코가 하라는 탄소동화 안 하고 산소 써먹는다고 했죠? 근데 C4식물은 더운 데서 사는 애들이죠. 그럼 얘네들 입장에서는 그냥 두면 루비스코가 계속 산소랑 짝짜꿍하면서 호흡할텐데 심각해요, 안 심각해요? 그죠. 심각해요. 그래서 얘네는 아예 공간을 분리해버립니다... 이산화탄소를 PEP와 붙여 탄소 4개짜리를 만들고, 그걸 안으로 데려와서 캘빈 회로를 돌리는 거죠. 

C4 식물은 특이한 구조가 있습니다. bundle sheath cell(유관속 초세포)이라는 건데, 엽육세포와는 별개의 구조입니다. 

이렇게 생겼습니다. 저기 옆에 동글동글한 거요. 엽육세포에서는 탄소를 PEP와 붙여서 oxaloacetate를 만들고, 그걸 bundle sheath cell로 옮겨서 분리, 그 후 캘빈 회로를 돌리게 됩니다. 고로 루비스코는 고온 건조한 환경임에도 불구하고 이산화탄소 고정을 다른 애가 하니 직접적으로 산소와 만날 일이 없죠. 참고로 C3식물이 일반적으로 자생하는 저온습윤한 환경극지방 말고에서는 저 과정 돌아가는데 ATP를 두개 더 쓰기 때문에 C4식물이 불리합니다. 

bundle sheath cell에서 탈산화하는 효소의 종류에 따라 NADP-ME, NAD-Me, PEP-CK형으로 나뉘는데, oxaloacetate에서 뗴어내는 효소가 다른 겁니다. 효소가 다르다보니 세세한 과정이나 중간 산물, 기질이 다를 수는 있지만 궁극적으로 이산화탄소 분리하는 건 똑같아요. 

여담이지만 유관속초세포가 감싸고 있는 모양이 꽃다발 같아서 크란츠 구조라고 한답니다. 

4. 시간을 달리 하는 CAM식물 

저게 뭐냐면 선인장이거든요? 자 그럼 생각해봅시다. 선인장은 정말 상상을 초월하게 덥고 건조한 사막에서 삽니다. 그러면 낮에 기공을 열면 어떻게 될까요? 그렇죠... 죽어요... 수분 날아가요... 그래서 얘네는 기공을 밤에 엽니다. 대표적인 친구로는 파인애플이 있죠. (...왜지)

구조적으로 분리를 해도 얘네는 어차피 낮에 기공을 열면 죽기때문에(...) 따로 구조가 있지는 않습니다. 대신 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 훅 빨아들인 다음 그걸 지지고 볶아서 malic acid의 형태로 가지고 있다가, 낮에 캘빈 회로를 돌리죠. ...너 그럼 언제 자냐? 

여담이지만 다육이가 생장이 느린 이유는 간단합니다. 이 녀석도 CAM식물이라 밤에 이산화탄소를 빨아들인 다음 낮에 캘빈 회로를 돌리죠. 그런데 액포라는 게 무슨 저장 무한인 것도 아니고, 저장하는 데 한계가 있어요. 그렇다보니 합성량이 C3이나 C4에 비해 제한적입니다. 그래서 성장이 다른 식물들보다 느려요. 그리고 한 가지 특징이 더 있는데, 즙이 많습니다... 

아이고 죽것다... (3_3) 

아니 제가 더워서요...... 열에 약하거든요... 

근데 더 슬픈건 내일 또 나가야돼...... 

+다음시간에는 식물 호르몬 중 하나인 카리킨에 대해 얘기해봅시다 하핳 ​​