광합성 색소

  광합성은 식물이 태양 에너지를 통해 자신의 필요한 에너지를 생성하는 과정이다. 이 과정에서 엽록체 내의 엽록소가 태양 에너지를 흡수하여 원동력을 공급하며, 이산화탄소와 물을 이용하여 탄수화물을 합성한다. 광합성이라는 용어는 식물이 햇빛 아래에서 탄수화물을 합성한다는 의미에서 지어졌으며, 유럽에서는 탄소동화작용이라고도 한다.

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1. 엽록소

  광합성에는 다양한 색소가 관여하지만, 그중에서도 가장 핵심적인 역할을 하는 것이 엽록소이다. 엽록소는 작은 소기관인 엽록체 내에 존재하는 색소로, 지구 상에서 가장 흔한 색소 중 하나이다. 엽록소는 주로 녹색을 반사하여 녹색으로 보이는 특징이 있다.

  엽록체는 지름이 약 5㎛, 두께가 2~3㎛ 정도로 박테리아보다 조금 크며, 투과성 막으로 둘러싸여 있다. 엽록체의 구조는 엽록소를 함유하는 그라눔과 엽록소가 없는 스트로마로 나뉘어 있는데, 각각 명반응과 암반응에 참여한다. 엽록체는 주로 녹색 잎의 엽육 세포에 위치하지만, 어린 가지의 수피나 어린 과일에도 있다.

  현재까지 알려진 엽록소에는 여러 종류가 있지만, 식물에서는 주로 엽록소 a(청록색)와 엽록소 b(황록색)가 주를 이룬다. 엽록소는 피롤 4개가 모여 고리를 이루며, 고리의 한쪽에는 마그네슘 분자가 있고, 네 번째 피롤 분자에는 긴 꼬리 모양의 피톨이 부착돼 있다. 이로 인해 엽록소는 전체적으로 비극성 화합물이며, 물에는 잘 녹지 않고 에테르에 잘 녹는 지질 화합물이다. 단풍나무 잎이 봄에 붉은 색을 띠는 것은 엽록체의 녹색보다 더 두드러지게 나타나는 안토시아닌이라는 붉은 색소 때문이다.

 

2. 흡수 스펙트럼과 작용스펙트럼

  엽록소는 가시광선 부근의 햇빛을 주로 흡수한다. 특히, 가시광선 중에서 적색 부근과 청색 부근의 빛을 흡수하고 녹색 부근을 반사하여 녹색으로 보인다. 엽록소 a와 엽록소 b는 흡수하는 가시광선 부근의 스펙트럼이 약간 다르지만, 녹색 부근의 빛을 흡수하지 않고 반사하는 특성은 공통적이다.

  그러나 녹색식물에 대한 광합성 작용 효율을 파악하기 위해 파장이 다른 빛을 조사할 때, 적색광과 청색광뿐만 아니라 녹색광을 비춰도 광합성이 효율적으로 일어나는 것을 알 수 있다. 이는 엽록소의 흡수 스펙트럼과는 다르게, 녹색광도 광합성에 효과적으로 기여하는 다른 색소가 존재함을 시사한다.

 

3. 카로티노이드

  카로티노이드는 여러 개의 이소프렌이 결합하여 형성된 이소프레노이드 화합물 중 하나로, 식물에서 노란색, 오렌지색, 적색 등 다양한 색소를 나타내는 물질이다.

  카로티노이드의 가장 중요한 기능 중 하나는 광합성에서 엽록소를 보조하여 햇빛을 효과적으로 흡수하는 역할을 한다. 또한, 두 번째로 중요한 기능은 광도가 높을 경우 광산화 작용에 의한 엽록소의 파괴를 방지한다.

일반적으로 광합성 작용 스펙트럼은 작물을 대상으로 조사되었지만, 이와 유사하게 활엽수의 잎도 광합성 작용 스펙트럼이 나타난다. 그러나 나무류의 경우 중에는 청색광에서 광합성 효율이 약간 떨어지는 경우가 있는데, 이는 침엽의 큐티클층이 청색을 많이 반사하거나, 청색광을 흡수하여 엽록소에 전달하지 않는 카로티노이드를 함유하는 경우가 있기 때문이다. 특히, 짙은 청색의 침엽을 가진 은청가문비나무는 청색과 보라색에서 광합성 효율이 낮다.

 

 

 

출처 수목생리학(서울대학교출판문화원)