주요 질소 화합물과 기능

  식물체 내의 질소화합물은 다음과 같이 크게 네 그룹으로 나눌 수 있다. ①아미노산과 단백질 그룹, ②핵산 관련 그룹, ③대사 중개물질 그룹, ④대사의 2차산물 그룹이다.

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1. 아미노산과 단백질 그룹

  아미노산은 단백질의 주요 구성성분으로, 탄소에 알칼리성을 띤 아미노기와 산성을 띤 카르복실기가 부착된 유기물을 의미한다. 주로 알려진 아미노산은 20가지인데, 식물과 동물 세포 모두에서 발견되며 그 외에도 다양한 종류가 존재한다.

  식물의 단백질은 크기와 모양이 다양하며, 분자량은 최소 40,000Da 이상이다. 기능 또한 다양하여 원형질의 구성 성분, 효소, 저장물질, 전자전달 매개체 등으로 활용된다.

1. 단백질은 세포막의 선택적 흡수 기능에 기여하며, 엽록체 내에서는 엽록소와 카로티노이드가 단백질에 부착되어 광에너지를 효율적으로 모은다.
2. 모든 효소는 단백질로 이루어져 있으며, 크기가 다양하다. 녹색 잎에 존재하는 단백질의 12~25%는 루비스코 효소로, 지구상에서 가장 흔한 단백질 중 하나이다. 엽록체와 미토콘드리아는 광합성 및 호흡 작용을 담당하여 많은 효소를 함유하고 있어 단백질 함량이 높다.
3. 식물체는 저장물질로서 단백질을 보유하며, 특히 종자에 많이 존재한다. 이들 단백질의 분자량은 대략 20만~40만 Da이다.
4. 전자 전달을 매개하는 단백질인 시토크롬은 광합성 및 호흡 작용에서 전자를 전달한다. 페레독신은 광합성에서 전자를 전달하며, 분자량은 11,500Da로 상대적으로 작은 크기를 갖고 있다.

2. 핵산 관련 그룹

  핵산은 피리미딘과 푸린, 그리고 5탄당과 인산으로 구성된 화합물로서 질소를 포함한다. 대표적인 핵산으로 RNA와 DNA가 있다. 이러한 핵산은 세포핵에 존재하며, 염색체 내에 유전 정보를 지니는 중요한 구성물질이다.

  생물의 모양과 기능은 주로 단백질과 효소에 의해 결정된다. 핵산은 염색체 내에서 각 생물의 독특한 단백질 합성에 필요한 정보를 DNA 형태로 보유하고 있어 필요할 때 이를 활용하여 단백질 합성을 조절한다.

  핵산과 관련된 화합물 중 하나인 뉴클레오티드는 푸린과 같은 화합물에 단당류와 인산이 결합한 것으로, 기본 단위로 쓰인다. 이 뉴클레오티드는 AMP, ATP, NAD, NADP와 같은 에너지 생산에 직접 관여하는 조효소의 기능도 수행한다.

 

3. 대사 중개 물질

  식물체 내에서 여러 가지 대사에 관여하는 물질 중에는 질소를 함유한 화합물이 다수 있다. 피롤이 그중에서 가장 흔한데, 4개의 피롤이 모여 포르피린을 형성한다. 이러한 포르피린을 가진 화합물에는 엽록소, 광에 민감한 피토크롬 색소, 그리고 질소고정에서 산소를 공급하는 역할을 하는 레그헤모글로빈이 있다. 또한, 식물호르몬 중 IAA(옥신류)는 아미노산 일종인 트립토판에서 생성되기 때문에 질소를 함유하고 있다.

 

4. 대사의 2차산물 그룹

  식물의 질소 대사 과정에서 생성되는 2차 산물 중 알칼로이드라는 화합물이 있는데, 이들은 질소를 포함한 화합물로서 다수의 식물에서 발견된다. 현재까지 4,000여 종의 식물에서 3,000여 가지가 알려져 있으며, 이들은 일반적으로 쓴맛을 지니고 있다. 알칼로이드는 식물성 의약품 중에서 주요한 위치를 차지한다. 주로 쌍자엽식물에서 발견되지만 목본식물에서도 생성되며, 나자식물에서는 거의 발견되지 않는다.

  알칼로이드 중에서 초본식물에서는 모르핀, 니코틴, 아트로핀, 에페드린, 쿼닌 등은 의약품이나 기호식품으로 활용되며 목본식물에서는 카페인이 있다. 니코틴은 담배에 함유되어 있으며, 콜히친은 과거에 염색체를 염색하는 실험에서 사용되었다. 푸트레신, 스페르미딘, 스페르민 등의 화합물은 폴리아민 계통에 속하며, 최근에는 이들이 식물호르몬으로 분류되고 있다.

  알칼로이드는 주로 잎, 줄기 또는 뿌리에 축적되며, 그들의 생리적 기능은 여전히 잘 알려져 있지 않다. 일부 식물에서는 초식동물이나 곤충의 해로부터 자신을 보호하는 역할을 할 수 있다고 알려져 있다.

 

 

출처 : 수목생리학(서울대학교출판문화원)