구조

엽록체는 2중막으로 되어 있으며 폭 2,500nm(1nm=10^-9m), 길이 5,000nm의 타원형이다. 엽록체의 잘라진 부분을 전자현미경으로 조사하면 몇 가지 특징을 알 수 있다. 주요특징은 복잡한 막구조인 라멜라(lamellae)와 그것을 둘러싼 투명한 기질인 스트로마(stroma)를 들 수 있으며 그밖에 녹말 알갱이도 있다. 스트로마에는 암반응에 관련된 효소들이 녹아 있어서 탄소고정이 일어난다.

광합성에 필요한 모든 색소가 있는 라멜라는 10~15nm 두께의 납작한 모양으로 어떤 것은 엽록체 길이와 거의 맞먹는다. 라멜라를 가로로 잘라 보면, 가장자리가 서로 연결되어 틸라코이드(thylakoid)라는 속이 빈 납작한 원반 모양의 구조를 하고 있다. 고등식물에서 틸라코이드는 빽빽이 쌓여 그라나(grana)라는 구조를 만들며, 그라나와 그라나 사이는 긴 틸라코이드로써 연결되어 있다.

라멜라의 구성요소

① 색소：라멜라의 막에는 엽록소 a와 b가 단백질과 엽록소-단백질 복합체를 형성하고 있다. 이들은 빛에너지를 흡수해 엽록소 a분자에 전달해 주는데, 여기서 빛에너지가 화학에너지로 바뀌게 되며 엽록소 a가 빛에너지를 받아 흥분할 때 전자 하나를 내놓게 된다. 이런 특수한 엽록소 a분자들에는 2가지 유형이 있는데, 하나는 파장 684nm의 빛을 가장 잘 받아들이는 P₆₈₀이고 다른 하나는 700nm의 빛을 가장 잘 받아들이는 P₇₀₀이다.

엽록소말고도 카로틴이나 카로티노이드(홍당무의 색깔을 띠게 하는 색소) 등의 다른 색소도 빛을 흡수하나 이러한 색소가 흡수한 빛에너지는 다시 엽록소로 전달된 다음에야 화학에너지로 바뀐다.

② 단백질：엽록소-단백질 복합체뿐 아니라 그외에도 여러 가지 단백질들이 있다. 그중 중요한 것은 단백질조효소로서 전자를 전달하는 시토크롬(cytochrome)이다. 시토크롬에는 철원자가 든 색소가 있기 때문에 철원자의 산화·환원을 통해 전자를 전달할 수 있다. 그외에도 망간·철·구리가 포함된 라멜라 단백질체들이 있는데 이 단백질들의 금속원자는 광합성에서 중요한 촉매기능을 한다.

물이 분해되어 산소가 발생하는 데에는 망간이 작용하며, 명반응에서 물과 마지막 전자수용체 사이에서 전자를 전달하는 데에는 구리와 철을 지닌 단백질의 기능이 필요하다. 마지막 전자수용체인 페레독신(ferredoxin)은 철원자를 지닌 단백질이고 플라스토시아닌(plastocyanin)은 구리를 지닌 단백질인데 수용성이기 때문에 틸라코이드 공간 이동하면서 전자를 전달한다.

③ 퀴논(quinones)：플라스토퀴논이라는 작은 분자들이 많이 있는데, 이들도 시토크롬과 마찬가지로 명반응의 여러 효소들 사이에서 전자를 전달하는 역할을 한다. 지질에 녹을 수 있기 때문에 막에서 확산을 통해 전자를 하나 또는 둘씩 운반한다.