서울대 [생물학] 색소분리

본문내용

오비탈 간에 중첩이 일어나면서 생기는 것인데 이러한 색소의 구조에서 오비탈이 연속적으로 이어지면서 콘쥬게이트 결합계가 만들어지는 것이다. 가장 낮은 에너지를 가지는 오비탈을 콘쥬게이트 결합계 전체에 확장시키면 분자길이에 비례하는 파장을 갖는 정상파가 생긴다. 더 많은 수의 단일결합과 이중결합이 교대로 있는 것이 추가되면 고유파장은 길어지고 주파수와 에너지는 낮아진다. 충분히 긴 사슬구조에서는 첫 번째 흡수가 가시광선 영역에서 일어나므로 물질은 색을 띠고 우리가 볼 수 있게 된다.
우리가 보는 색깔은 물질에 흡수된 빛을 보는 것이 아니라 통과한 빛을 보는 것이다. 바꿔 말하면 시료에 가장 강하게 흡수되는 빛의 보색을 감지하게 되는 것이다. 엽록소에 관해서 말하면 엽록소는 붉은 빛과 푸른빛을 흡수하기 때문에 그 보색으로 초록색을 우리가 보게 되는 것이다.
③ 식물이 서로 다른 종류의 색소를 가질 때, 광합성 시 얻을 수 있는 이점은 무엇일까? 또 반응중심 (reaction center) 엽록소가 엽록소a인 이유는 무엇일까?
서로 다른 종류의 색소를 가짐으로서 이점은 크게 2가지가 있다.
첫 번째로 광합성을 일으킬 수 있는 색의 스펙트럼을 확장시킨다. 만약 식물에 엽록소a만 존재했다면 430nm이하나 660nm이상의 파장을 가지는 빛에 대해서는 엽록소a가 효율적으로 빛을 흡수해 광합성을 할 수 있지만 그 외 영역의 파장의 빛에 대해서는 그렇지 않다. 즉, 특정 파장 빛에서만 효율성이 좋고 그 외의 파장 빛에서는 광합성 효율성이 낮은 것을 보안하기 위해서 여러 가지 색소들이 존재하는 것이다. 넓은 파장 영역의 빛을 이용해 광합성을 함으로써 효율적이지 못한 파장의 빛을 받는 열등한 환경에서도 적응하고 살아남을 수 있도록 만들어진 것 같다.
두 번째는 과도한 빛으로부터의 광보호다. 대표적인 예가 카로티노이드이다. 카로티노이드는 엽록체에 손상을 주거나 혹은 세포에 해가되는 활성 산소부자를 형성케 하는 과도한 빛에너지를 흡수하고 분산해줌으로써 엽록체를 보호해준다. 즉, 일종의 항산화제 역할을 한다고 볼 수 있다.
그런데 반응 중심 엽록소가 엽록소a 인 이유는 무엇일까?
그 이유는 주로 흡수하는 빛의 파장이 가장 긴 색소가 엽록소a이기 때문이다. 광계Ⅱ에서 빛 광자가 집광 복합체가 색소분자를 때리면, 전자 중 하나를 가장 높은 에너지 상태로 들뜨게 한다. 이 전자가 바닥상태로 떨어지게 되면 동시에, 인접 색소분자의 전자 하나가 들뜬 상태로 올라가게 된다. 이 과정을 거쳐서 반응 중심 색소에 전자가 들뜨게 되고 이 들뜬 전자가 1차 수용체로 들어가면서 명반응이 진행되게 된다. 반응 중심 엽록소가 흡수하는 파장대가 길수록 주변의 모든 에너지를 전달 받을 수 있고 전자를 계속 들뜨게 하여 명반응이 원활히 일어나게 된다.
시금치의 엽록소a와 엽록소b중에서 더 긴 파장 빛을 흡수하는 것이 엽록소 a이기 때문에 반응중심은 엽록소a이다. 이러한 반응중심복합체에 있는 엽록소 a분자쌍은 다른 분자들이 빛으로부터 얻은 에너지를 이용해 자신의 전자 중 하나를 고에너지 상태로 들뜨게 하고 1차 전자수용체로 전자를 전달할 수 있게 한다.
④ 엽록소 추출 시 수용성 buffer용액 대신 acetone을 사용한 이유는 무엇일까?
엽록소에 에스테르기와 케톤기가 존재한다고 하더라도 탄소사슬이 대부분을 이루고 있다. 즉, 극성보다는 무극성에 더 가깝다. 그렇기 때문에 극성인 수용성 buffer용액보다는 acetone에 더 잘 녹게 된다. 그러므로 acetone을 사용한 것이다.
⑤ 실험에 대한 comment.
크로마토그래피에서 분리된 색소의 종류와 순서는 같았지만 의 값은 두 실험의 경우 달랐다. 그래도 두 번 다 수치가 그렇게 다르지는 않아서 재현성은 확인할 수 있었다. 실제로 알려진 값을 보고 비교하니 우리의 실험 결과 값들은 다 원래 값보다 컸다. 그 이유는 우리가 눈으로만 대충 용매의 전개도와 용질의 전개도를 살필 수밖에 없었기 때문에 나온 한계였다. 조교님의 말씀대로 우리는 용매의 전개도와 카로틴의 전개도를 거의 같다고 생각하여 카로틴의 값이 0.9후반이 나왔다. 하지만 실제로는 0.8대였다. 얇은 층 크로마토그래피를 이용하였더라면 더욱 효과적인 색소 분리를 할 수 있지 않았나 싶다.
그리고 우리조는 실수로 아세톤의 양을 좀 과하게 써서 그런지 너무 농도가 묽게 나왔을 까봐 걱정했다. 조교님도 걱정하셨다. 그런데 다행히도 이쑤시개로 잘 찍어서 크로마토그래피가 비교적 깨끗하게 분리되었던 것 같다. 그리고 분광광도계에 넣은 e-tube에 4가지 물질을 같은 농도로 넣지 못한 것이 조금 아쉽다. 다름 정교하게 1ml로 맞추려고 했는데 어느 한 e-tube에는 1ml보다 조금 더 많이 들어있었다.
이번 실험에서는 오직 시금치로만 크로마토그래피를 전개했다. 실제로 토마토나 당근의 경우에는 -카로틴 등 녹색계열의 색소가 아닌 색소들이 다수 있을 것 같다. 다른 식물들 가지고도 해보면 흥미로웠을 것이다. 시간과 재료가 부족해서 아쉬웠다.
깨끗이 분리된 색소에 대해 spectrophotometer를 실행했지만 그 양이 매우 적어 흡광도 또한 원하는 만큼 눈에 띠게 큰 차이를 보여주지 않았다. 한 사람의 색소가 아닌 여러 사람의 색소를 추출하여 색소의 양을 늘려 spectrophotometer를 찍었으면 더 확실한 그래프를 얻을 수 있었을 것이다.
5. References
1] 서울대학교 생명과학부 교양실험게시판핸드아웃
2] Campell 외 6명. 전상학(역). 2008. 생명과학. 8e. 바이오사이언스. p.192~193
3] Oxtoby 외 2명. 2003. 현대일반화학. 5e. 자유아카데미. pp.386~387
4] Oxtoby 외 2명. 2003. 현대일반화학. 5e. 자유아카데미. pp.764~765
5] Wikipedia 백과, http://en.wikipedia.org/wiki/Carotenoid
6] Wikipedia 백과, http://en.wikipedia.org/wiki/xanthophyll
6] Wikipedia 백과, http://en.wikipedia.org/wiki/carotene

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