대부분의 식물에서 탄소고정의 첫 번째 산물은 캘빈회로에서 생성되는 3탄당인 3-인산글리세르산(glyceraldehyde-3-phosphate, G3P)이다. 이러한 C3 식물들(C3 plants)은 덥고 건조한 낮에 기공을 닫아 물의 손실을 방지하고, 잎의 공기 공간에서의 CO2 농도는 떨어져 캘빈회로를 느리게 만든다. CO2보다 O2가 더 많이 축적되면서 루비스코는 CO2 대신 O2를 RuBP에 첨가한다. 그 산물은 쪼개져 2탄당 화합물이 엽록체를 떠나고 분해되어 CO2를 방출한다. 이처럼 낭비처럼 보이는 과정을 광호흡(photorespiration)이라 부른다.
일부 식물들에서는 광호흡을 최소화하기 위해 무슨 기작이 진화되었을까? C4식물(C4 plant)에서는 CO2에 대해 높은 친화성을 가진 효소의 도움으로 CO2를 먼저 3탄소 화합물에 첨가한다. 그 결과로 잎의 엽육세포에 만들어진 4탄소 화합물은 잎맥 주변에 밀집된 유관속초 세포로 운반된다. 이어서 이 화합물이 분해되면서 CO2가 방출되며, 캘빈회로의 루비스코가 이를 고정한다.
많은 사막의 다육식물들은 낮 동안은 기공을 닫아 수분손실을 돕는다. 이들은 밤에 기공을 열고 CO2를 받아들여 이를 다육식물유기산대사(crassulacean acid metabolism, CAM)라는 탄소고정 방식으로 다양한 유기산을 만든다. 낮 동안 CAM식물(CAM plants)은 이 화합물들을 분해하고 CO2를 방출시켜서 캘빈회로가 진행되게 한다. C4 회로와 달리 CAM 회로는 탄소고정과 캘빈회로를 구조적으로 분리하지 않았다. 그 대신 두 과정을 시간적으로 분리하고 있다.
참고자료: 캠벨 생명과학 요약
