생명과학 ② 4-1. 광합성과 엽록체

▎생명과학 ② 4-1. 광합성과 엽록체

1. 광합성과 엽록체

1) 엽록체

① 광합성이 일어나는 장소로, 녹색 식물 잎의 엽육 세포와 공변세포, 어린 줄기의 표피 세포에 위치하고 있다.

② 구조 : 전자 현미경으로 관찰할 수 있다.

  ⓐ 그라나 : 녹색의 틸라코이드가 여러 겹으로 쌓여 층을 이루고 있는 부분으로, 광합성의 명반응이 일어난다. 틸라코이드 막에는 엽록소를 비롯한 광합성 색소와 전자전달계 효소, 합성 효소 등이 자리 잡고 있으며, 이것을 광합성 단위 (퀀타좀)라고 한다.

  ⓑ 스트로마 : 틸라코이드 막 주변의 무색 기질 부분으로, 여러 가지 효소들이 들어있어 광합성의 암반응이 일어난다.

2) 광합성 색소

   엽록체의 틸라코이드 막 속에는 여러 가지 광합성 색소가 들어 있는데 육상 고등 식물에는 주로 엽록소 와 , 카로틴, 크산토필(엽황소) 등이 들어 있다.

① 엽록소 : 대표적인 광합성 색소로, 틸라코이드 막에 있는 단백질에 고정되어 있다. 고등 식물에는 엽록소 와 가 약 의 비율로 존재하며이 외에도 엽록소(갈조류)와 (홍조류)가 있다. 엽록소 는 모든 광합성 식물에 공통적으로 들어 있는 것으로 보아 광합성에 중심적인 역할을 함을 알 수 있다.

② 카로티노이드계 색소

   황색 계열의 색소로, 카로틴이나 크산토필 등이 있으며, 엽록소가 잘 흡수 하지 못하는 영역의 빛을 흡수하여 엽록소로 넘겨주는 보조색소(안테나 색소) 있다.

③ 광합성 색소가 흡수하는 빛의 파장 광합성 색소는 파장이 범위인 가시광선을 흡수하여 광합성에 이용한다.

  ⓐ 엽록소 와 의 흡수 스펙트럼 광합성 색소 추출액에 프리즘으로 분광시켜 빛을 비추어 파장에 따른 엽록소의 빛 흡수율을 조사하여 나타낸 것으로, 엽록소가 파장이 인 청색광과 인 적색광을 많이 흡수함을 알 수 있다.

  ⓑ 작용스펙트럼 : 잎에 여러 가지 파장의 빛을 비추어 광합성 효율을 조사하여 나타낸 것으로, 광합성 효율이 청색광과 적색광에서 가장 높게 나타남을 알 수 있다.

  ⓒ 엽록소의 흡수 스펙트럼과 광합성의 작용 스펙트럼이 유사하므로 식물은 엽록소가 흡수한 빛에너지를 이용하여 광합성을 하는 것을 알 수 있다.

  ⇨ 빛의 파장도 광합성 속도에 영향을 미치는 요인이 된다.

[잎의 색소 분리]

다음 그림은 어느 녹색 식물 잎의 색소를 월부터 매월 종이 크로마토그래프로 분리한 결과를 나타낸 것이다.

① 는 카로틴, 는 크산토필, 는 엽록소 , 는 엽록소 이다.

② 색소 의 전개율( )은 이다.

③ 가을이 깊어 갈수록 엽록소 와 의 양은 줄어들지만 카로틴과 크산토필의 양은 변하지 않는다.

④ 가을이 깊어갈수록 엽록소가 적어지므로 광합성량도 감소한다.

☞ 결론 : 가을에는 엽록소가 분해되어 카로틴과 크산토필의 색이 드러나게 되므로 단풍이 생긴다.