광생물학
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1. 개요
광생물학은 식물의 생장과 발달에 빛이 미치는 영향을 연구하는 학문이다. 광합성, 광형태 형성, 광주기성, 이차 대사 산물 생산 등 다양한 식물 과정에서 빛의 역할을 탐구하며, 광합성 유효 방사(PAR)와 광생물학적 활성 방사선(PBAR)과 같은 개념을 통해 빛의 파장과 강도를 측정하고 분석한다. 미국 광생물학회와 유럽 광생물학회 등 관련 학회가 있으며, 피부암 연구에 기여한 해럴드 F. 블룸, 광생물학 개척자 폴 베르 등이 있다.
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| 광생물학 | |
|---|---|
| 광생물학 | |
| 정의 | 빛이 생물에 미치는 영향을 과학적으로 연구하는 학문 |
| 관련 분야 | 생물학, 화학, 물리학, 의학 |
| 주요 연구 주제 | 광합성 시각 비타민 D 합성 광선 요법 광독성 광유전학 |
| 관련 용어 | 전자기 스펙트럼 이온화 에너지 방사선 |
2. 광생물학
식물의 생장과 발달은 빛에 크게 의존한다. 광합성은 지구상의 생명체에게 가장 중요한 생화학적 과정 중 하나이며, 식물이 광자로부터 에너지를 사용하여 NADPH와 ATP와 같은 분자로 전환, 이산화 탄소를 고정하여 생장과 발달에 사용할 수 있는 당으로 만드는 과정이다.[7] 광합성 외에도 광형태 형성, 식물 광주기 등 다른 과정들도 빛에 의해 작동하며, 식물의 영양 생장과 생식 생장을 조절하고 이차 대사 산물 생산에 중요한 역할을 한다.[8]
2. 1. 광합성 (Photosynthesis)
식물은 빛에 크게 의존하여 생장하고 발달한다. 광합성은 지구상의 생명체에게 가장 중요한 생화학적 과정 중 하나이다. 식물은 광합성을 통해 광자 에너지를 NADPH와 ATP 같은 분자로 전환하고, 이산화 탄소를 고정하여 생장과 발달에 필요한 당을 만든다.[7] 광합성 외에도 광형태 형성, 식물 광주기 등 다른 과정들도 빛에 의해 작동하며, 식물의 영양 생장과 생식 생장을 조절하고 이차 대사 산물 생산에 중요한 역할을 한다.[8]광합성은 광합성 세포가 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하여 탄수화물의 탄소-탄소 결합에 저장하는 일련의 생화학 반응이다.[9] 이 과정은 광합성 식물 세포의 엽록체 내에서 일어나며, 빛을 흡수하는 생물학적 색소는 틸라코이드 막에 박혀 있다.[9] 관다발 식물 광계에는 엽록소 (a 또는 b)와 카로틴의 두 가지 주요 색소가 있다.[7] 이 색소들은 빛을 최대한 흡수하고 전달하며, 특정 파장을 흡수하여 광-산화 환원 반응에 사용되는 빛의 양을 늘린다.[7]
2. 1. 1. 광합성 유효 방사 (Photosynthetically Active Radiation, PAR)
식물은 광합성 세포에 있는 색소의 양이 제한적이므로, 광합성을 수행하는 데 사용할 수 있는 파장의 범위도 제한적이다. 이 범위를 "광합성 유효 방사(Photosynthetically Active Radiation, PAR)"라고 한다. 이 범위는 인간의 가시 스펙트럼과 거의 동일하며, 파장은 약 400nm에서 700nm까지이다.[10] PAR은 μmol s−1m−2 단위로 측정되며, 식물이 광합성에 사용할 수 있는 단위 표면적 및 시간당 마이크로 몰 단위의 복사광의 속도와 강도를 측정한다.[11]2. 1. 2. 광생물학적 활성 방사선 (Photobiologically Active Radiation, PBAR)
광생물학적 활성 방사선(Photobiologically Active Radiation, PBAR)은 PAR을 포함하여 그 범위를 넘어서는 빛 에너지의 영역을 의미한다. 광생물학적 광자 플럭스(Photobiological Photon Flux, PBF)는 PBAR을 측정하는 데 사용되는 지표이다.2. 2. 광형태형성 (Photomorphogenesis)
식물의 생장과 발달은 빛에 크게 의존한다. 광합성은 지구상의 생명체에게 가장 중요한 생화학적 과정 중 하나이며, 식물이 광자로부터 에너지를 사용하고 이를 NADPH와 ATP와 같은 분자로 전환하여 이산화 탄소를 고정하고 식물이 생장과 발달에 사용할 수 있는 당으로 만드는 능력 덕분에 가능하다.[7] 그러나 광합성은 빛에 의해 구동되는 유일한 식물 과정이 아니며, 광형태 형성 및 식물 광주기와 같은 다른 과정들도 식물의 영양 생장과 생식 생장 조절, 그리고 식물 이차 대사 산물 생산에 매우 중요하다.[8]광형태형성은 빛에 의해 매개되고 5가지 서로 다른 광수용체, 즉 UVR8, 크립토크롬, 포토트로핀, 피토크롬 r 및 피토크롬 fr에 의해 제어되는 식물의 형태 발달을 말한다.[12] 빛은 잎 크기 및 줄기 신장과 같은 형태 형성 과정을 제어할 수 있다.
빛의 서로 다른 파장은 식물에 서로 다른 변화를 일으킨다.[13] 예를 들어, 적색광에서 원적색광은 줄기 성장과 땅에서 나오는 묘목의 줄기 곧게 펴짐을 조절한다.[14] 일부 연구에서는 적색광과 원적색광이 토마토의 뿌리 질량[15]과 포도나무의 발근율을 증가시킨다고 주장한다.[16] 반면에 청색광과 UV 광은 식물의 발아와 신장뿐만 아니라 기공 조절[17] 및 환경 스트레스에 대한 반응과 같은 다른 생리적 과정을 조절한다.[18] 마지막으로, 녹색광은 이 빛을 흡수할 색소가 부족하여 식물에 사용될 수 없는 것으로 생각되었다. 그러나 2004년에 녹색광이 기공 활동, 어린 식물의 줄기 신장 및 잎 확장에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀졌다.[19]
2. 3. 이차 식물 대사산물 (Secondary Plant Metabolites)
식물의 생장과 발달은 빛에 크게 의존한다. 광합성은 지구상의 생명체에게 가장 중요한 생화학적 과정 중 하나이며, 식물이 광자로부터 에너지를 사용하고 이를 NADPH와 ATP와 같은 분자로 전환하여 이산화 탄소를 고정하고 식물이 생장과 발달에 사용할 수 있는 당으로 만드는 능력 덕분에 가능하다.[7] 그러나 광합성은 빛에 의해 구동되는 유일한 식물 과정이 아니며, 광형태 형성 및 식물 광주기와 같은 다른 과정들도 식물의 영양 생장과 생식 생장 조절, 그리고 식물 이차 대사산물 생산에 매우 중요하다.[8]이러한 화합물은 식물이 생화학적 과정의 일부로 생성하며, 특정 기능을 수행하고 다양한 환경적 요인으로부터 스스로를 보호하는 데 도움이 되는 화학 물질이다. 이 경우, 안토시아닌, 플라보노이드, 카로틴과 같은 일부 대사산물은 식물 조직에 축적되어 자외선과 매우 높은 광선 강도로부터 식물을 보호할 수 있다.[20]
3. 관련 학회
- 미국 광생물학회 (회지: Photochemistry and Photobiology)
- 유럽 광생물학회 (회지: Photochemical and Photobiological Sciences)
4. 광생물학자
- 토머스 패트릭 쿠힐: 미국 광생물학회 회장을 역임했다.
- 해럴드 F. 블룸: 햇빛에 의한 피부암을 연구했다.
- 폴 베르: 1878년 광생물학의 개척자이다.
참조
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[3]
웹사이트
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2018-08-02
[4]
웹사이트
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http://www.chemguide[...]
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[5]
웹사이트
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http://photobiology.[...]
2019-11-24
[6]
웹사이트
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[7]
논문
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2019-03-29
[8]
논문
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