PSII (Photosystem II, 광계 II)

 

'Propanil' 광합성 전자 전달계의 광계 II (Photosystem II, PSII)를 저해하여 잡초를 죽인다. 피(barnyardgrass), 물달개비(sprangletop) 등과 같은 주요 화본과 잡초뿐만 아니라, 일부 광엽 잡초 및 사초과 잡초 방제에도 효과적.

 

요약5722 'PSII (Photosystem II, 광계 II)' 물(H2O)을 분해하여 산소(O2), 양성자(H+), 그리고 전자를 생성할 수 있는 유일한 생물학적 복합체. 전자 흐름을 통해 ATP와 NADPH(니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산)라는 고에너지 화합물이 생성되며, 이들은 이후 암반응(캘빈 회로)에서 이산화탄소를 포도당과 같은 유기물로 전환하는 데 사용.

 

광합성에서 광계 II(Photosystem II, PSII)는 매우 중요한 역할을 하는 단백질 복합체다.

 

광합성에서 광계 II의 주요 역할

물 분해 (산소 발생):
광계 II는 지구상에서 물(H2O)을 분해하여 산소(O2), 양성자(H+), 그리고 전자를 생성할 수 있는 유일한 생물학적 복합체다. 이 과정을 물의 광분해(photolysis of water) 또는 산소 발생 복합체(Oxygen-Evolving Complex, OEC)의 작용이라고 한다.
우리가 숨 쉬는 산소는 바로 이 광계 II의 작용을 통해 생성된다.
물에서 얻어진 전자는 광합성 전자 전달계로 이동하여 에너지를 전달하는 데 사용된다.
양성자는 틸라코이드 막을 가로질러 양성자 기울기(proton gradient)를 형성하는 데 기여하며, 이 기울기는 나중에 ATP(아데노신 삼인산)를 합성하는 데 사용된다.

빛 에너지 흡수 및 전자 여기:
광계 II는 엽록소(chlorophyll)를 포함한 다양한 색소 분자(예: 카로티노이드)를 가지고 있어 빛 에너지를 효율적으로 흡수한다. 이 색소들은 '빛 수집 안테나 시스템(light-harvesting antenna system)'을 구성한다.
흡수된 빛 에너지는 광계 II의 반응 중심(reaction center)에 있는 특수한 엽록소 쌍인 P680으로 전달된다.
P680이 빛 에너지를 받으면 전자가 들뜬 상태(높은 에너지 상태)가 되고, 이 고에너지 전자는 P680에서 주 전자 수용체인 페오피틴(pheophytin)으로 전달된다.

전자 전달 개시:
P680에서 전자가 빠져나간 후, P680은 강한 산화제(P680+)가 되어 물로부터 전자를 끌어당겨 자신의 전자를 보충한다. 이 과정이 바로 물 분해를 유도한다.
페오피틴으로 전달된 전자는 이후 일련의 전자 수용체(플라스토퀴논, 시토크롬 b6f 복합체, 플라스토시아닌 등)를 통해 광계 I(Photosystem I)으로 전달된다.

 

광계 II의 중요성:
산소 생산의 근원: 지구 대기의 산소는 광계 II의 물 분해 작용으로 인해 생성되었으며, 이는 지구 생명체의 진화에 결정적인 영향을 미쳤다.
에너지 생산의 시발점: 광계 II는 광합성의 명반응에서 전자 흐름의 첫 시작점이다. 이 전자 흐름을 통해 ATP와 NADPH(니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산)라는 고에너지 화합물이 생성되며, 이들은 이후 암반응(캘빈 회로)에서 이산화탄소를 포도당과 같은 유기물로 전환하는 데 사용된다.
제초제의 표적: Propanil과 같은 많은 제초제는 광계 II의 작용을 방해함으로써 식물을 고사시킨다. 이들은 광계 II의 D1 단백질에 결합하여 전자 전달을 차단하고, 이는 활성 산소종(ROS)을 생성하여 식물 세포에 손상을 입힌다.