C4 광합성과 CAM 광합성은 탄소 고정 경로의 특수한 형태로, 주로 건조하고 열대 지역과 같은 어려운 환경에서 생존하기 위해 발전한 광합성 전략입니다. 이러한 광합성 경로들은 일반적인 C3 광합성과는 다른 탄소 고정 및 가스 교환 전략을 채택합니다. 아래에서 C4 광합성과 CAM 광합성에 대해 자세히 알아보겠습니다.
C4 광합성 (C4 Photosynthesis):
개요
C4 광합성은 높은 온도와 낮은 CO2 농도가 특징인 건조한 환경에서 생존하는 식물에서 발견됩니다. 이 경로는 C4 식물이라고도 불리며, CO2 고농축 및 효율적인 탄소 고정을 달성하기 위해 Mesophyll 세포와 Bundle Sheath 세포라는 두 가지 형태의 세포를 사용합니다.
경로
Mesophyll 세포에서 CO2를 수용한 후, 이것을 포화 CO2 농도로 유지하는 4-탄당 열산과 같은 중간 물질로 변환합니다. 4-탄당 열산은 Bundle Sheath 세포로 전송되며 거기서 CO2로 다시 분해됩니다. 이후 Calvin 사이클이 Bundle Sheath 세포에서 진행되어 당분 및 다른 유기물을 생성합니다.
이점
C4 광합성은 CO2를 효율적으로 수용하고 탄소 고정을 높이는 데 도움을 줍니다. 높은 온도 및 건조 조건에서 특히 효과적이며, 물의 절약과 열 피해를 줄일 수 있습니다.
예시: C4 광합성을 사용하는 대표적인 식물로는 사탕수수, 고구마, 양귀비, 낙엽식물인 베르베나 등이 있습니다.
CAM 광합성 (CAM Photosynthesis):
개요
CAM 광합성은 물이 제한된 환경, 특히 사막 지역에서 발견되는 광합성 경로입니다. 이 경로는 CAM 식물이라고도 불리며, 밤과 낮의 가스 교환을 분리하는 전략을 사용합니다.
경로
밤에 CAM 식물은 기관차를 열고 CO2를 포획하여 C4 물질로 변환하고 저장합니다. 이 과정은 식물의 조절된 "산성 공간"에서 일어납니다. 낮에 기관차를 닫고 저장된 CO2를 Calvin 사이클에서 사용하여 탄소 고정 및 당분 생산을 시작합니다.
이점
CAM 광합성은 높은 수분 효율성을 가지며, CO2 저장을 통해 물의 낭비를 줄이고 생존할 수 있게 합니다. 열대 지역 및 사막에서 생존 및 생산에 적합합니다.
예시
CAM 광합성을 사용하는 대표적인 식물로는 세이헬리아 (Succulent) 식물, 카투스, 낙엽식물인 주카 (Jucca) 등이 있습니다.
C4 광합성과 CAM 광합성은 각각 건조하고 열대 지역의 환경 조건에 적응한 식물들이 발전한 광합성 경로입니다. 이러한 경로들은 식물이 CO2를 보다 효과적으로 활용하고 수분을 보다 효율적으로 관리하는 데 도움을 주며, 식물 생존과 생산에 기여합니다.