빛의 파장과 광합성 색소

광합성 색소와 빛의 파장

 

 

 광합성 색소

광합성 색소는 광합성에 필요한 빛에너지를 흡수하는 색소로, 엽록체의 틸라코이드 막에 존재한다. 광합성에 주된 역할을 하는 엽록소와 보조 색소인 카로티노이드계 색소가 있다.

광계는 엽록소를 비롯한 광합성 색소들은 틸라코이드 막에서 단백질과 결합하여 복합체를 이루고 있는데, 이를 광계라고 한다. 광계는 여러 가지 광합성 색소와 전자 수용체들로 구성되어 있다. 반응 중심 색소는 광합성 과정에서 중심적인 역할을 하는 색소로, 엽록소 a이다. 모든 엽록소 a가 반응 중심 색소인 것은 아니며, 일부 엽록소 a는 빛을 흡수하여 반응 중심 엽록소 a에 전달하는 안테나 색소의 역할을 하는 것도 있다. 엽록소 a를 제외한 나머지 색소들은 대부분 반응 중심 색소의 주변에 분포해 있으면서 빛에너지를 흡수하여 반응 중심 색소에 전달해 주는 안테나 역할을 하므로 안테나 색소라고 한다.

 

식물에서 가시광선을 흡수하는 물질을 색소라고 하는데, 가시광선 중 녹색은 반사하고 다른 색만 흡수하는 색소는 녹색으로 보인다. 엽록소는 대표적인 광합성 색소로, C, H, O, N, Mg으로 구성되어 있다. 엽록소 a, b, c, d가 있다. 엽록소 a는 세균을 제외한 모든 광합성 생물에 존재하는 광합성의 중심 색소이다. 엽록소 b, c, d는 광합성 생물에 따라 다르게 존재하며, 빛에너지를 흡수하여 반응 중심 색소에 전달하는 역할을 한다.

 

카로티노이드계 색소는 엽록소가 거의 흡수하지 않는 파장대의 빛에너지를 흡수하여 반응 중심 색소에 전달하는 역할을 하며, 빛을 분산시켜 강한 빛에 의해 엽록소가 파괴되는 것을 막아 준다. 카로틴, 잔토필 등이 있다. 가을에 단풍이 드는 이유, 은행나무 잎은 봄과 여름에 녹색을 나타내는 엽록소 때문에 카로티노이드의 색깔이 드러나지 않아 녹색을 띠지만, 가을이 되면 기온이 내려가면서 온도에 민감한 엽록소가 파괴되어 줄어들고 엽록소에 가려져 있던 카로티노이드의 색깔이 드러나 잎이 노란색을 띠게 된다. 단풍나무 잎은 은행나무 잎과 달리 가을이 되면 잎에서 만들어진 당이 잎에 축적되어 분해되면서 붉은색을 띠는 안토사이아닌 색소가 만들어져 잎이 붉은색을 띠게 된다.

 

식물의 잎이 녹색으로 보이는 이유는 잎에 가장 많이 들어 있는 광합성 색소인 엽록소는 녹색광을 대부분 반사하거나 투과시키는데, 이 빛이 우리 눈에 들어오기 때문에 잎이 녹색으로 보인다. 광합성 조류느 모두 엽록소 a를 가지고 있으며, 조류의 종류에 따라 엽록소 b, c, d, 갈조소, 홍조소 등을 갖는다. 엽록소 a와 b는 모든 식물과 녹조류에 공통으로 존재한다. 이는 식물이 녹조류로부터 진화해 왔다는 증거가 된다.

 

종류	엽록소				카로티노이드계 색소	기타
	a	b	c	d
육상 식물	○	○			카로틴, 잔토필	-
녹조류	○	○			카로틴, 잔토필	-
갈조류	○		○		카로틴	갈조소
홍조류	○			○	-	홍조소, 남조소

 

빛의 파장과 광합성 색소

식물은 가시광선을 이용하여 광합성을 하는데, 식물이 가지고 있는 광합성 색소가 빛을 흡수하여 광합성에 이용한다. 광합성 색소의 종류에 따라 주로 흡수하거나 반사 및 투과하는 빛의 파장이 다르다.

 

광선은 전자기파라고도 하며, 파동의 형태로 이동한다. 파동의 마루와 마루 사이의 거리를 파장이라고 하는데, 전자기파에는 파장이 매우 짧은 감마선부터 매우 긴 라디오파까지 있다. 가시광선은 사람이 감지할 수 있는 광선으로, 파장 380~750 nm 영역이다. 가시광선은 파장에 따라 다양한 색깔로 보이며, 자색광이나 청색광은 파장이 짧고 적색광은 파장이 길다.

 

 

 

 

빛은 전자파의 한 종류이고 그 색은 파장에 따라 결정되어 있다. 가시광선은 약 380nm〜800nm 사이에서 일곱 가지 색으로 나누어져 있어 LED를 선택할 때는 발광의 중심 파장에 따라 그 색을 알 수 있다. 또한, 백색 LED의 보급과 함께 색온도도 문제가 되는 경우가 많아 졌다. 색온도는 어떠한 색을 방출하는 광원의 청자색광과 적색광의 상대적인 세기를 나타낸다. 그 빛과 같은 색깔의 빛을 완전 흑체가 방사할 때의 흑체 온도로 정의되고 단위는 K(켈빈)이 쓰인다. 

 

흡수 스펙트럼 : 빛의 파장에 따른 광합성 색소의 빛 흡수율을 그래프로 나타낸 것이다. 엽록소는 청자색광(430~460 nm)과 적색광(630~680 nm)을 주로 흡수하고, 녹색광(500~550 nm)은 대부분 반사하거나 투과시킨다. 작용 스펙트럼 : 빛의 파장에 따른 광합성 속도를 그래프로 나타낸 것이다. 식물은 청자색광과 적색광에서 광합성이 가장 활발하게 일어난다. 광합성의 작용 스펙트럼은 1883년 독일의 식물학자 엥겔만에 의해 최초로 제시되었다. 흡수 스펙트럼은 하나의 식물이라 하더라도 포함되어 있는 색소의 종류에 따라 각각 다르게 나타나며, 작용 스펙트럼은 개체 전체에 대해 나타나는 값이다.

 

 

흡수 스펙트럼과 작용 스펙트럼