명반응

광합성의 전체 반응식만 보면 빛이 곧바로 포도당을 만드는 것처럼 보입니다. 실제로는 두 공정으로 나뉘어 있고, 그 앞쪽이 명반응입니다. 명반응이 하는 일은 딱 세 가지입니다 — 물을 분해하고, ATP를 만들고, NADPH를 만듭니다.

무대는 엽록체 안의 납작한 주머니, 틸라코이드의 막입니다. 이 막에 박힌 광계 I·II가 빛을 흡수합니다. 광계 II의 반응 중심 색소가 빛에너지를 받아 전자를 튕겨 내보내면, 자기 전자를 잃은 그 색소는 대단히 강한 산화력을 갖게 됩니다. 그 힘으로 물에서 전자를 빼앗아 옵니다.

$$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 4{\mathrm{H}}^{+}+4e^{-}+{\mathrm{O}}_2$$

우리가 숨 쉬는 산소는 이렇게 물이 쪼개지고 남은 찌꺼기입니다. 빠져나온 전자는 광계 II에서 전자전달계를 타고 내려가 광계 I로 가고, 그 사이에 방출된 에너지로 ${\mathrm{H}}^{+}$가 틸라코이드 내부로 퍼내어집니다. 이 ${\mathrm{H}}^{+}$ 기울기가 화학삼투를 통해 ATP를 만듭니다. 미토콘드리아가 하는 일과 원리가 똑같습니다.

광계 I에서 빛을 다시 받아 한 번 더 밀어 올려진 전자는 마지막에 $\mathrm{NAD}{\mathrm{P}}^{+}$에게 넘어가 NADPH가 됩니다. 즉 전자는 물에서 출발해 $\mathrm{NAD}{\mathrm{P}}^{+}$에서 끝납니다. 이 긴 여정 전체가 하나의 산화·환원 반응 사슬이며, 빛에너지는 전자를 두 번 밀어 올리는 데 쓰입니다. 이렇게 만들어진 ATP와 NADPH는 그대로 스트로마로 넘어가 탄소 고정 반응의 연료가 됩니다.