맨위로가기

생물 색소

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

생물 색소는 생물체 내에서 발견되는 다양한 색을 나타내는 분자들을 의미한다. 이들은 헴/포르피린, 카로티노이드, 단백질성 색소, 멜라닌 등 여러 종류로 나뉘며, 광합성, 위장, 신호 전달, 자외선 차단 등 다양한 기능을 수행한다. 식물은 광합성을 위해 엽록소, 카로티노이드, 안토시아닌, 베탈레인 등의 색소를 사용하며, 조류는 엽록소 외에 피코빌리단백질, 갈조소, 잔토필, 카로틴을 지닌다. 세균은 카로티노이드, 멜라닌, 비올라세인, 피코사이아닌 등을 생성하며, 동물은 위장, 신호 전달, 자외선 차단을 위해 색소를 활용한다. 생물 색소는 천연 염료, 건강 기능 식품, 의약품 개발, 바이오 센서 등 다양한 분야에서 활용된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 경계색 - 의태
    의태는 생물이 생존과 번식을 위해 다른 생물이나 무생물과 유사한 형태, 색깔, 행동 등을 갖추는 전략으로, 베이츠 의태와 뮬러 의태 등 다양한 유형이 존재하며 시각적 외형 외에 화학적 신호나 행동도 포함되지만, 효과는 여러 요인에 따라 달라질 수 있는 생물학적 적응의 한 형태이다.
  • 경계색 - 과시
    과시는 동물들이 짝짓기, 영역 표시, 사회적 지위 과시 등을 위해 자신의 존재, 능력, 상태를 알리는 행동 양식으로, 종의 번식 성공률을 높이고 사회적 질서를 유지하는 데 기여한다.
  • 생물 색소 - 피토크롬
    피토크롬은 식물의 주요 광수용체로서 적색광과 원적색광을 흡수하여 광가역성을 통해 식물의 생리적 변화를 조절하는 색소 단백질이다.
  • 생물 색소 - 로돕신
    로돕신은 간상 세포의 외부 분절 원반에서 발견되는 단백질로, 어두운 환경에서의 시각을 담당하며 빛을 흡수하면 구조적 변화를 일으켜 시신경에 빛 신호를 전달하는 광변환 과정을 유발하고, 로돕신 유전자의 돌연변이는 망막 질환의 주요 원인이 되기도 한다.
생물 색소
지도
일반 정보
정의생물체에 의해 생성되는 물질로, 특정한 색상을 나타냄
다른 이름바이오크롬
기능보호
위장
유혹
신호 전달
종류
상세 종류
카로티노이드아스타잔틴
베타-카로틴
테트라피롤빌리루빈
엽록소
헴
피코빌린
멜라닌유멜라닌
페오멜라닌
옴모크롬크산토마틴
로모마틴
분포
동물갑각류
어류
파충류
곤충
조류
식물꽃
과일
잎
미생물세균
균류
조류

2. 생물 색소의 종류

이 분자들이 색소를 가지게 하는 전자 결합 화학에 대해서는 공액계 문서를 참조한다.

2. 1. 헴/포르피린 기반 색소

테트라피롤은 4개의 피롤 고리로 구성된 색소군으로, 생물학적 산화 과정, 전자 전달, 그리고 해양 생물의 조직 착색에 중요한 역할을 한다. 헴/포르피린 기반 색소는 테트라피롤의 일종이다.

  • 헴/포르피린 기반 색소
  • 클로로필: 녹색 식물과 조류의 광합성에 필수적인 녹색 색소이다. 엽록소 a와 엽록소 b가 대표적이며, 일부 조류는 엽록소 c, d, f 등을 갖기도 한다.
  • 빌리루빈: 적혈구 파괴 과정에서 생성되는 황색 색소로, 간에서 처리되어 배출된다.
  • 헤모시아닌: 일부 무척추동물의 혈액에서 산소 운반을 담당하는 청색 색소이다.
  • 헤모글로빈: 척추동물의 적혈구에서 산소 운반을 담당하는 적색 색소이다.
  • 미오글로빈: 근육 세포에 산소를 저장하는 적색 색소이다.

2. 2. 카로티노이드 (Carotenoid)

카로티노이드는 식물, 조류, 세균 등에서 발견되는 지용성 색소로, 600종 이상이 알려져 있다.[58][18][35] 붉은색, 주황색, 노란색 등을 띠며, 광합성 보조, 광보호, 항산화 작용 등 다양한 기능을 수행한다.

해양 동물은 스스로 카로티노이드를 만들 수 없기 때문에 식물을 통해 섭취한다.[58] 카로티노단백질은 특히 해양 동물에게서 흔히 발견되며, 짝짓기와 위장을 위해 다양한 색상(빨간색, 보라색, 파란색, 녹색 등)을 내는 데 중요한 역할을 한다.[58] 카로티노단백질에는 A형과 B형의 두 가지 주요 유형이 있다. A형은 카로티노이드(색원체)가 단순 단백질(당단백질)과 화학양론적으로 결합하며,[58] B형은 지질단백질과 결합하여 덜 안정적이다.[58] A형은 주로 해양 무척추동물의 표면(껍질과 피부)에서 발견되는 반면, B형은 주로 알, 난소, 혈액에서 발견된다.[58]

린키아사이아닌은 파란색 카로티노단백질의 예시로, 각 복합체당 약 100~200개의 카로티노이드 분자를 가지고 있다.[59][19][36] 광합성 구조 내에 있는 카로티노단백질은 더 흔하지만 복잡하고, 광합성 시스템 밖에 존재하는 색소-단백질 복합체는 흔하지 않지만 구조가 더 간단하다. 해파리의 일종인 ''벨렐라 벨렐라''에는 파란색 아스타잔틴 단백질이 두 가지 뿐이며, 복합체당 약 100개의 카로티노이드만 함유하고 있다.

동물에서 흔히 볼 수 있는 카로티노이드에는 아스타잔틴이 있으며, 보라색-파란색 및 녹색 색소를 낸다.[58] 아스타잔틴의 색깔은 특정 순서대로 단백질과 복합체를 이루어 형성된다. 예를 들어 크루스토크린에는 단백질과 결합된 약 20개의 아스타잔틴 분자가 있다. 복합체가 액시톤-액시톤 상호작용에 의해 상호작용하면 흡광도 최대값이 낮아지고, 이로 인해 다양한 색상의 색소로 변한다.

랍스터에는 다양한 유형의 아스타잔틴-단백질 복합체가 존재한다.[60][61] 크루스타사이아닌은 랍스터 등딱지에서 발견되는 청록색 색소(최대 흡수 파장 632 nm)이다.[60][61] 크루스토크린은 등딱지의 바깥층에서 발견되는 노란색 색소(최대 409 nm)이다.[60][61] 지질당단백질과 오보베르딘은 보통 등딱지의 바깥층과 랍스터의 알에 존재하는 밝은 녹색 색소를 형성한다.[60][61]

2. 3. 단백질성 색소

단백질성 색소에는 피토크롬과 피코빌리단백질이 있다. 피토크롬은 식물의 개화, 발아 등을 조절하는 광수용체 단백질이다. 피코빌리단백질은 홍조류, 남세균 등에서 발견되는 광합성 보조 색소이다.

2. 4. 기타 색소

멜라닌은 해양 동물의 짙은색, 황갈색, 황색 또는 붉은색 색소를 담당하는 다양한 구조를 지닌 색소 화합물이다.[22][39][62] 아미노산인 티로신이 멜라닌으로 전환되며, 피부, 머리카락, 눈에서 발견된다.[22][62] 멜라닌은 페놀의 호기성 산화로부터 유래되며 고분자이다.[22][39][62]

멜라닌은 질소를 함유한 멜라닌과 같은 더 작은 구성 분자의 집합체이며, 여러 가지 유형이 있다.[22][62] 티로시나아제의 존재 하에 티로신의 호기성 산화를 통해 생성되는 검은색과 갈색의 불용성 유멜라닌과 시스테인 또는 글루타티온의 개입으로 유멜라닌 경로가 왜곡되어 발생하는 노란색에서 적갈색까지의 색상을 띠는 알칼리 가용성 페오멜라닌이 있다.[22][62] 유멜라닌은 대개 피부와 눈에서 발견된다.[22][62] 멜라노단백질(오징어인 세피아 오피시아날리스(''Sepia officinalis'')의 먹물 주머니에 고농도로 저장되어 있는 짙은 갈색 멜라닌), 에키노이데아(연잎성게류 및 성게의 심장에서 발견됨), 호롤투로이데아(해삼류에서 발견됨), 오피우로이데아(거미불가사리류와 삼천발이에서 발견됨) 등도 멜라닌의 종류이다.[22][62] 이러한 멜라닌은 간단한 이중 다기능 단량체의 반복적인 결합이나 고분자량의 결합으로 생성된 중합체일 가능성이 있다.[22][62] 벤조싸이아졸과 테트라하이드로아이소퀴놀린 고리 시스템은 자외선 흡수 화합물로 작용한다.[22][39][62]

심해의 유일한 빛의 원천인 해양 동물은 화학발광의 하위 유형인 생물발광을 통해 가시광선 에너지를 방출한다.[23][40][63] 이는 화학 에너지가 빛 에너지로 전환되는 화학 반응이다.[23][40][63] 심해 동물의 90%가 어떤 종류의 생물발광을 하는 것으로 추정된다.[23][40][63] 가시광선 스펙트럼의 많은 부분이 심해에 도달하기 전에 흡수된다는 점을 고려하면, 해양 동물에서 방출되는 빛의 대부분은 청색광과 녹색광이다.[23][40][63] 그러나 일부 종은 적색광과 적외선 빛을 방출하며, 심지어 황색광을 방출하는 속도 발견되었다.[23][40][63] 생물발광으로 빛을 방출하는 기관을 발광포라고 한다.[23][40][63] 이 유형은 오징어와 물고기에만 존재하며, 포식자에게 실루엣을 숨기기 위해 배쪽 표면을 비추는 데 사용된다.[23][40][63] 바다 동물의 발광포의 용도는 서로 다르다.[23][40][63] 예를 들어, 색상의 강도를 조절하는 렌즈와 생성되는 빛의 강도를 조절하는 렌즈가 있다.[23][40][63] 오징어는 발광포와 색소포를 모두 가지고 있어서 두 가지 강도를 모두 조절한다.[23][40][63] 해파리가 내는 빛의 폭발에서 분명히 드러나는 생물발광의 방출을 담당하는 또 다른 요소는 루시페린(광발생원)으로 시작해서 빛을 내는 기관(포타고기콘)으로 끝나는 것이다.[23][40][63] 루시페린, 루시퍼레이스, 염, 산소가 반응하고 결합하여 광단백질이라는 단일 단위를 형성한다.[23][40][63] 이 광단백질은 Ca2+와 같은 다른 요소와 반응하여 빛을 생성할 수 있다.[23][40][63] 해파리는 이것을 방어 메커니즘으로 사용한다.[23][40][63] 작은 포식자가 해파리를 잡아먹으려고 할 때 해파리는 빛을 번쩍이는데, 이는 더 큰 포식자를 유인하고 작은 포식자는 쫓아낸다.[23][40][63] 이는 또한 짝짓기 행동에도 사용된다.[23][40][63]

산호초를 형성하는 산호와 말미잘에서는 형광을 낸다.[23][40] 즉, 한 파장에서 빛이 흡수되어 다른 파장에서 다시 방출된다.[23][40] 이러한 색소는 천연 자외선 차단제 역할을 하고, 광합성을 돕고, 경고색 역할을 하고, 배우자를 끌어들이고, 경쟁자에게 경고하고, 포식자를 혼란스럽게 할 수도 있다.[23][40]

이 외에도, 프시타코풀빈(앵무새에만 있는 빨간색과 노란색 색소), 투라신과 투라코베르딘(부채머리과와 관련 종에서 발견되는 빨간색과 녹색 색소), 우로크롬, 베탈레인(석죽목 식물에서 발견되는 붉은색 또는 노란색 색소. 비트의 붉은색을 띠게 한다), 비올라세인(크로모박테리움에서 생성되는 색소), 프로디지오신, 피오사이아닌, 악티노로딘, 사이토네민(남세균에서 생성되는 색소), 사이아노피신, 안트라퀴논(미크로모노스포라에서 생성되는 색소) 등이 있다.

분류:색소

분류:생화학

분류:광물

분류:생물발광

3. 식물의 색소

클로로필 분자의 공간 채움 모델.


안토시아닌은 이 팬지에 보라색 색소를 부여한다.


식물 색소의 주요 기능은 광합성인데, 광합성은 녹색 색소인 클로로필과 가능한 한 많은 양의 빛 에너지를 흡수하는 여러 가지 다채로운 색소를 사용한다.[45] 색소는 수분에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 색소가 축적되거나 손실되면 꽃 색깔이 바뀌어 수분매개자에게 어떤 꽃이 더 많은 꽃가루와 꿀을 가지고 있는지 알려준다.[44]

식물 색소에는 포르피린, 카로티노이드, 안토사이아닌, 베탈라인 등 많은 분자가 포함되어 있다. 모든 생물 색소는 특정 파장의 빛만 선택적으로 흡수하고, 다른 파장의 빛은 반사한다.[45][46]

주요 식물 색소는 다음과 같다.

  • '''클로로필'''는 식물의 주요 색소로 녹색광은 대부분 반사하고 적색광과 청색광을 흡수하는 클로린이다. 식물이 녹색을 띠는 것은 엽록소가 상대적으로 풍부하게 존재하기 때문이다. 모든 육상 식물과 녹조류는 엽록소 a와 엽록소 b의 두 가지 형태로 가지고 있다. 다시마, 규조류 및 기타 광합성 부등편모조류는 엽록소 b 대신 엽록소 c를 가지고 있으며, 홍조류는 엽록소 a만 가지고 있다. 모든 엽록소는 식물이 광합성에 필요한 에너지를 얻기 위해 빛을 흡수하는 주요 수단으로 사용된다.

  • '''카로티노이드'''는 빨간색, 주황색, 노란색의 테트라테르페노이드이다. 광합성 과정에서 이들은 광수집(보조 색소로서), 광보호(비광화학적 소광을 통한 에너지 소산과 광산화 손상 방지를 위한 단일항 산소 제거) 기능을 하며 단백질의 구조적 요소로도 작용한다. 고등 식물에서는 식물 호르몬인 아브시스산의 전구체 역할을 한다.

일반적으로 식물은 네오잔틴, 비올라잔틴, 안테라잔틴, 제아잔틴, 루테인, β-카로틴 등 6가지 보편적인 카로티노이드를 함유하고 있다.[47] 루테인은 과일과 채소에서 발견되는 노란색 색소이며 식물에서 가장 풍부한 카로티노이드이다. 리코펜은 토마토의 색깔을 담당하는 붉은 색소이다. 식물에서 흔하지 않은 다른 카로티노이드에는 루테인 에폭사이드(다양한 목본 식물에 함유), 락투카잔틴(상추에 함유), α-카로틴(당근에 함유) 등이 있다.[48]

  • '''안토사이아닌'''(문자 그대로 "꽃의 파란색")은 pH에 따라 빨간색에서 파란색으로 변하는 수용성 플라보노이드 색소이다. 이들은 고등 식물의 모든 조직에 존재하며 잎, 줄기, 뿌리, 꽃, 열매에 색상을 제공하지만 항상 눈에 띄게 충분한 양은 아니다. 안토사이아닌은 많은 종의 꽃잎에서 가장 눈에 띄게 나타난다.

  • '''베타레인'''은 빨간색 또는 노란색 색소이다. 안토사이아닌과 마찬가지로 수용성이지만 안토사이아닌과 달리 티로신으로부터 합성된다. 이 부류의 색소는 석죽목(선인장과 비름속을 포함)에서만 발견되며, 식물에서 안토사이아닌과 절대 공존하지 않는다. 베타레인은 비트의 진한 붉은색을 담당한다.


|섬네일|부겐빌레아의 포엽은 베타레인으로부터 색상을 얻는다.]]

식물에서 특히 눈에 띄는 색소 침착 현상은 단풍에서 볼 수 있는데, 이는 많은 낙엽수와 관목에서 일반적으로 녹색 잎에 영향을 미치는 현상으로, 가을철 몇 주 동안 잎이 빨간색, 노란색, 보라색, 갈색 등 다양한 색조를 띠게 된다.[49]

엽록소는 무색의 테트라피롤로 분해되며, 이를 비형광 엽록소 분해산물(nonfluorescent chlorophyll catabolite'','' NCC)이라고 한다.[50] 식물 잎의 주된 색소인 엽록소가 분해되면서 숨겨진 색소인 노란색의 잔토필과 주황색의 β-카로틴이 드러난다. 이러한 색소는 일년 내내 존재하지만, 붉은 색소인 안토사이아닌은 엽록소의 절반 정도가 분해된 후에 새롭게 합성된다. 광수집 복합체가 분해되면서 방출된 아미노산은 겨울 내내 나무의 뿌리, 가지, 줄기에 저장되었다가 이듬해 봄에 재활용되어 나뭇잎을 다시 자라게 하는데 사용된다.

3. 1. 광합성 색소



식물의 주요 기능은 광합성이며, 가능한 한 많은 빛 에너지를 흡수하기 위해 클로로필과 여러 가지 다양한 색소가 사용된다.[5]

주요 광합성 색소는 다음과 같다:

  • '''클로로필'''은 식물의 주요 색소로, 녹색광은 대부분 반사하고 적색광과 청색광을 흡수하는 클로린이다. 모든 육상 식물과 녹조류는 엽록소 a와 엽록소 b의 두 가지 형태를 가지고 있다. 다시마, 규조류 및 기타 광합성 부등편모조류는 엽록소 b 대신 엽록소 c를 가지고 있으며, 홍조류는 엽록소 a만 가지고 있다. 모든 엽록소는 식물이 광합성에 필요한 에너지를 얻기 위해 빛을 흡수하는 주요 수단으로 사용된다.
  • '''카로티노이드'''는 빨간색, 주황색, 노란색의 테트라테르페노이드이다. 광합성 과정에서 광보호 및 광산화 손상 방지를 위한 단일항 산소 제거 기능을 하며, 단백질의 구조적 요소로도 작용한다. 고등 식물에서는 식물 호르몬인 아브시스산의 전구체 역할을 한다. 일반적으로 식물은 네오잔틴, 비올라잔틴, 안테라잔틴, 제아잔틴, 루테인, β-카로틴 등 6가지 보편적인 카로티노이드를 함유하고 있다.[47] 리코펜은 토마토의 색깔을 담당하는 붉은 색소이다.
  • '''안토시아닌'''은 pH에 따라 빨간색에서 파란색으로 변하는 수용성 플라보노이드 색소이다. 안토시아닌은 많은 종의 꽃잎에서 가장 눈에 띄게 나타난다.
  • '''베타레인'''은 빨간색 또는 노란색 색소이다. 안토사이아닌과 마찬가지로 수용성이지만 티로신으로부터 합성된다. 이 부류의 색소는 석죽목(선인장과 비름속을 포함)에서만 발견되며, 식물에서 안토사이아닌과 절대 공존하지 않는다. 베타레인은 비트의 진한 붉은색을 담당한다.


식물의 색소 침착 현상은 단풍에서 볼 수 있는데, 가을철 잎이 빨간색, 노란색, 보라색, 갈색 등 다양한 색조를 띠게 된다.[49] 엽록소가 분해되면서 노란색의 잔토필과 주황색의 β-카로틴이 드러난다.[50]

3. 2. 기타 기능성 색소



식물 색소는 광합성 외에도 다양한 기능을 수행한다. 대표적인 기능성 색소는 다음과 같다:

  • '''안토사이아닌''': 플라보노이드 계열의 수용성 색소로, pH에 따라 붉은색, 보라색, 파란색 등을 띤다. 꽃과 열매의 색깔을 결정하여 곤충과 동물을 유인함으로써 수분과 종자 분산을 돕는다.[29] 많은 종의 꽃잎에서 가장 눈에 띄게 나타난다.

  • '''베탈레인''': 석죽목 식물에서만 발견되는 색소로, 티로신으로부터 합성된다. 붉은색 또는 노란색을 띠며, 안토사이아닌과 함께 존재하지 않는다. 비트의 진한 붉은색이 베탈레인 때문이다.

  • '''플라보노이드''': 안토시아닌을 포함하는 더 광범위한 색소군이다. 자외선으로부터 식물을 보호하고, 항산화 작용을 한다.


단풍은 식물의 색소 침착이 두드러지게 나타나는 현상 중 하나이다. 가을철 몇 주 동안 낙엽수와 관목의 잎이 빨간색, 노란색, 보라색, 갈색 등 다양한 색조를 띠게 된다.[32] 이는 엽록소가 분해되면서 나타나는 현상으로, 엽록소가 무색의 테트라피롤인 비형광 엽록소 분해산물(NCC)로 분해되면서,[33] 기존에 존재하던 노란색의 잔토필과 주황색의 β-카로틴이 드러나고, 붉은 색소인 안토사이아닌이 새롭게 합성되기 때문이다.

4. 조류의 색소

조류는 매우 다양한 광합성 생물로, 식물과 달리 수생 생물이며, 관다발 조직이 없고 배아를 생성하지 않는다는 점에서 차이가 있다. 그러나 조류와 식물은 모두 광합성 색소를 가지고 있으며, 이 색소는 빛 에너지를 흡수하고 방출하여 세포에서 사용된다. 엽록소 외에도 이러한 색소에는 피코빌리단백질, 갈조소(푸코잔틴), 잔토필, 카로틴이 있으며, 이는 빛 에너지를 포획하여 산소 발생 광합성 반응을 시작하는 주요 색소로 전달하는 역할을 한다.

와편모조류와 같은 조류 광영양생물은 광 수확 색소로 페리디닌을 사용한다. 카로티노이드는 광합성 반응 중심 및 녹색 식물의 빛-수확 복합체와 같은 엽록소 결합 단백질 내에서 복합체를 이루는 반면, 남세균의 오렌지 카로티노이드 단백질과 같은 전용 카로티노이드 단백질 내에서도 발견된다.

조류의 색소
그룹색소
녹조류
홍조류
황갈조류와 갈조류


4. 1. 조류의 주요 색소

조류는 식물과 달리 수생 생물이며, 관다발 조직이 없고 배아를 생성하지 않는다. 그러나 조류와 식물은 둘 다 광합성 색소를 가지고 있으며, 이 색소는 세포가 사용하는 에너지를 흡수하고 방출한다. 이러한 색소에는 엽록소 외에도 피코빌리단백질, 갈조소(푸코잔틴), 잔토필, 카로틴이 포함되어 있으며, 이것들은 빛 에너지를 흡수하여 산소 발생 광합성 반응을 개시하는 주요 색소로 사용된다.

조류의 색소
그룹색소
녹조류
홍조류
황갈조류와 갈조류



와편모충류와 같은 광영양생물인 조류는 페리디닌을 광수집 색소로 사용한다. 카로티노이드는 광합성 반응 중심과 광수집 복합체와 같은 엽록소 결합 단백질 내에서 복합체를 이루는 것으로 발견되지만, 남세균의 주황색 카로티노이드 단백질과 같은 전용 카로티노이드 단백질 내에서도 발견된다.

5. 세균의 색소

세균은 카로티노이드, 멜라닌, 비올라세인, 프로디지오신, 피오사이아닌, 악티노로딘, 제아잔틴과 같은 색소를 생성한다.[51][11] 남세균은 피코사이아닌, 피코에리트린, 사이토네민, 엽록소 a, 엽록소 d, 엽록소 f를 생성한다.[51] 자색 황세균은 세균엽록소 a와 세균엽록소 b를 생성한다.[51] 남조류에는 칸타잔틴, 믹소잔토필, 시네코잔틴, 에키네논과 같은 여러 가지 다른 카로티노이드가 존재한다.[51]

세균의 색소
그룹색소
남세균
자색세균
녹색세균
크로모박테리움
스트렙토미세스
미크로모노스포라


5. 1. 세균의 주요 색소

세균은 카로티노이드, 멜라닌, 비올라세인, 프로디지오신, 피오사이아닌, 악티노로딘, 제아잔틴과 같은 색소를 생성한다.[51][11] 남세균은 피코사이아닌, 피코에리트린, 사이토네민, 엽록소 a, 엽록소 d, 엽록소 f를 생성한다.[51] 남조류에는 칸타잔틴, 믹소잔토필, 시네코잔틴, 에키네논과 같은 여러 가지 다른 카로티노이드가 존재한다.[51]

세균의 색소
그룹색소
남세균
자색세균
녹색세균
크로모박테리움
스트렙토미세스
미크로모노스포라


6. 동물의 색소

많은 동물들은 색소를 위장, 모방 또는 경고 색상으로 사용하여 자신을 보호한다.[39][22][12] 어류, 양서류, 두족류 등 일부 동물들은 배경에 맞게 다양한 위장을 하기 위해 색소가 있는 색소포를 사용한다.[39][22][12]

색소는 구애나 생식 행동 등 동물 간의 신호전달에 사용된다.[39][22][12] 예를 들어, 일부 두족류는 색소포를 이용해 의사 소통을 한다.[39][22][12]

광색소인 로돕신은 빛을 인식하는 첫 단계로 빛을 가로챈다.[39][22][12]

멜라닌과 같은 피부 색소는 자외선으로 인한 일광화상으로부터 조직을 보호할 수 있다.[39][22][12]

그러나 혈액에서 산소를 운반하는 데 도움이 되는 헴기 등 동물의 일부 생물 색소는 우연히 색깔이 변한다. 이들의 색깔에는 보호 기능이나 신호전달 기능이 없다.[39][22][12]

완두콩진딧물(''Acyrthosiphon pisum''),[52] 두점진드기(''Tetranychus urticae''),[53][54] 혹파리(혹파리과)[55]는 카로티노이드를 합성할 수 있는 유일한 동물로 알려져 있다.[55][56] 이들 절지동물에서 카로티노이드를 합성하는 유전자의 존재는 균류의 독립적인 수평적 유전자 전이 사건에 기인하는 것으로 여겨져 왔다.[55][56]

6. 1. 동물의 주요 색소

많은 동물들은 색소를 위장, 모방 또는 경고 색상으로 사용하여 자신을 보호한다.[39][22][12] 어류, 양서류, 두족류 등 일부 동물들은 배경에 맞게 다양한 위장을 하기 위해 색소가 있는 색소포를 사용한다.[39][22][12] 색소는 구애나 생식 행동 등 동물 간의 신호전달에 사용된다.[39][22][12] 예를 들어, 일부 두족류는 색소포를 이용해 의사 소통을 한다.[39][22][12]

광색소인 로돕신은 빛을 인식하는 첫 단계로 빛을 가로챈다.[39][22][12]

멜라닌과 같은 피부 색소는 자외선으로 인한 일광화상으로부터 조직을 보호할 수 있다.[39][22][12] 멜라닌은 아미노산인 티로신이 전환된 것으로, 피부, 머리카락, 눈에서 발견된다.[39][22] 멜라닌에는 검은색과 갈색의 불용성 유멜라닌과 노란색에서 적갈색까지의 색상을 띠는 알칼리 가용성 페오멜라닌 두 종류가 있다.[39][22] 유멜라닌은 대개 피부와 눈에서 발견된다.[39][22]

UV-A와 UV-B로 인한 피해를 막기 위해, 해양 동물은 자외선을 흡수하고 자외선 차단제 역할을 하는 화합물을 갖도록 진화했다. 미코스포린 유사 아미노산(MAA)은 310~360 nm 범위의 자외선을 흡수할 수 있다.[39]

그러나 혈액에서 산소를 운반하는 데 도움이 되는 헴기 등 동물의 일부 생물 색소는 우연히 색깔이 변한다. 이들의 색깔에는 보호 기능이나 신호전달 기능이 없다.[39][22][12]

완두콩진딧물(''Acyrthosiphon pisum''),[52] 두점진드기(''Tetranychus urticae''),[53][54] 혹파리(혹파리과)[55]는 카로티노이드를 합성할 수 있는 유일한 동물로 알려져 있다.[55][56] 이들 절지동물에서 카로티노이드를 합성하는 유전자의 존재는 균류의 독립적인 수평적 유전자 전이 사건에 기인하는 것으로 여겨져 왔다.[55][56]

6. 2. 해양 동물의 색소

해양 동물은 식물로부터 카로티노이드를 얻는다.[58] 카로티노단백질은 해양 무척추동물에게 다양한 색상을 부여하며, 짝짓기와 위장에 중요한 역할을 한다.[18] 카로티노단백질은 A형과 B형으로 나뉘는데, A형은 단순 단백질(당단백질)과 결합된 카로티노이드(색원체)를 가지며, B형은 지질단백질과 결합된 카로티노이드를 가진다. A형은 주로 표면(껍질과 피부)에서, B형은 알, 난소, 혈액에서 발견된다.[35] 예를 들어, 파란색 카로티노단백질인 린키아시아닌은 각 복합체당 약 100~200개의 카로티노이드 분자를 가진다.[59][19][36]

아스타잔틴은 동물에서 흔히 볼 수 있는 카로티노이드로, 보라색-파란색 및 녹색 색소를 낸다.[35] 랍스터에는 다양한 유형의 아스타잔틴-단백질 복합체가 존재하는데, 랍스터 등딱지에서 발견되는 청록색 색소인 크루스타사이아닌(최대 632 nm), 등딱지의 바깥층에서 발견되는 노란색 색소인 크루스토크린(최대 409 nm), 등딱지의 바깥층과 랍스터의 알에 존재하는 밝은 녹색 색소를 형성하는 지질당단백질과 오보베르딘이 있다.[60][61][20][21][37][38]

테트라피롤은 생물학적 산화 과정과 전자 전달에 중요한 역할을 하며, 해양 생물 조직의 색소 형성에도 관여한다.[35]

해양 동물은 생물발광을 통해 빛을 내는데, 이는 화학 에너지가 빛 에너지로 전환되는 화학 반응이다.[63][23][40] 심해 동물의 90%가 생물발광을 하며, 방출되는 빛의 대부분은 청색광과 녹색광이다. 생물발광 기관인 발광포는 오징어와 물고기에만 존재하며, 배쪽 표면을 비춰 포식자에게 실루엣을 숨기는 데 사용된다. 해파리는 루시페린, 루시퍼레이스, 염, 산소가 반응하여 생성되는 광단백질을 이용하여 빛을 내며, 이는 방어 메커니즘 및 짝짓기 행동에 사용된다.

산호초를 형성하는 산호와 말미잘에서는 형광을 내는데, 이는 한 파장에서 빛이 흡수되어 다른 파장에서 다시 방출되는 현상이다. 이러한 색소는 천연 자외선 차단제, 광합성 보조, 경고색, 배우자 유인, 경쟁자 경고, 포식자 혼란 등 다양한 역할을 한다.

무척추동물의 색상은 깊이, 수온, 먹이, 해류, 지리적 위치, 빛 노출, 퇴적물에 따라 달라진다.[35] 예를 들어, 특정 말미잘의 카로티노이드 양은 깊이가 깊어질수록 줄어든다.

6. 3. 동물의 색소 이상

사람과 동물은 색소 침착과 관련된 다양한 질병과 비정상적 상태를 겪는데, 이는 색소 또는 색소 세포가 부족하거나 손실되거나 색소가 과도하게 생성되기 때문이다.[57][17][34]

  • 백색증은 멜라닌의 일부 또는 전부가 소실되는 것을 특징으로 하는 유전 질환이다. 백색증인 사람과 동물을 "색소 결핍증의(albinistic)"라고 한다.
  • 층판상 어린선은 멜라닌이 과도하게 생성되는 것이 증상 중 하나인 유전 질환이다. 피부는 정상보다 어둡고, 어둡고 비늘 같은 건조한 반점이 특징이다.
  • 기미는 호르몬 변화의 영향으로 얼굴에 짙은 갈색 색소 반점이 나타나는 증상이다. 임신 중에 이러한 증상이 나타나면 임신 마스크라고 한다.
  • 눈 색소 침착은 눈에 색소가 축적되는 현상이며, 라타노프로스트 약물로 인해 발생할 수 있다.[57][17][34]
  • 백반증은 피부 부위에 멜라닌세포라는 색소 생성 세포가 소실되는 질환이다.

7. 생물 색소의 활용

생물 색소는 다양한 분야에서 활용된다. 식물, 동물, 미생물 등에서 추출한 색소는 옷감, 식품, 화장품 등에 천연 염료로 사용된다. 카로티노이드, 안토사이아닌 등은 항산화, 항염증, 항암 등 다양한 생리 활성을 가지므로 건강 기능성 식품으로 활용된다. 특히, 아스타잔틴, 리코펜 등은 식이 보충제로 사용된다.

일부 생물 색소는 항균, 항암, 면역 조절 등의 효과가 있어 의약품 개발에 활용된다. 갯민숭달팽이의 일종인 아카후치류구우미우시(*Nembrotha Kubaryana*)에서 발견된 테트라피롤 색소 13은 항균제로 작용하며, tamjamines A, B, C, E, F는 항균, 항종양, 면역 억제 활성을 나타낸다. 세스퀴테르페노이드는 항균, 면역 조절, 세포 독성 등 다양한 생리 활성을 보이며, 수정된 성게나 멍게의 난 세포 분열을 억제하기도 한다. 해면에서 분리된 카로테노이드는 마우스 백혈구 세포에 대해 약한 세포 독성을 보였다. 스키토네민/scytonemin영어, 톱센틴, debromohymenialdisine 등은 염증, 류마티스 관절염, 골관절염 분야에서 선도 화합물로 연구되고 있다. 톱센틴은 면역원성 염증의 강력한 매개체이며, 톱센틴과 스키토네민은 신경성 염증의 강력한 억제제이다.

이 외에도 생물 색소의 광학적 특성을 이용하여 특정 물질을 검출하는 바이오 센서 개발에도 활용되며, 페인트, 잉크, 플라스틱 등 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있다.

참조

[1] 백과사전 biochrome - biological pigment http://www.britannic[...] 2010-01-27
[2] 논문 Bigmouth Buffalo Ictiobus cyprinellus sets freshwater teleost record as improved age analysis reveals centenarian longevity 2019-05-23
[3] 논문 Coloration principles of nymphaline butterflies - thin films, melanin, ommochromes and wing scale stacking 2014-06
[4] 논문 Floral colour changes as cues for pollinators 1991-11
[5] 논문 The genetics and biochemistry of floral pigments
[6] 서적 Nature's Palette: The Science of Plant Color University of Chicago Press 2007
[7] 서적 Handbook of Photosynthesis Taylor and Francis 1997
[8] 논문 The lutein epoxide cycle in higher plants: its relationships to other xanthophyll cycles and possible functions 2007-09
[9] 웹사이트 The Science of Color in Autumn Leaves http://www.usna.usda[...] 2013-10-12
[10] 논문 Chlorophyll degradation during senescence
[11] 논문 Fungal and Bacterial Pigments: Secondary Metabolites with Wide Applications 2017
[12] 논문 Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids https://www.science.[...] 2010-04-30
[13] 논문 Horizontally transferred fungal carotenoid genes in the two-spotted spider mite Tetranychus urticae 2012-04-23
[14] 논문 Disruption of a horizontally transferred phytoene desaturase abolishes carotenoid accumulation and diapause in Tetranychus urticae 2017-07-18
[15] 논문 Carotenoids in unexpected places: Gall midges, lateral gene transfer, and carotenoid biosynthesis in animals https://www.scienced[...] 2013-08-01
[16] 서적 Carotenoid Biosynthesis in Animals: Case of Arthropods https://doi.org/10.1[...] Springer 2023-07-19
[17] 서적 Pharmacology Churchill Livingstone
[18] 논문 Carotenoids and chlorophyllic pigments in the marine snail, Cerithidea californica Haldeman, intermediate host for several avian trematodes. https://www.biodiver[...] 1960-08
[19] 논문 Structural characteristics of the carotenoids binding to the blue carotenoprotein from Procambarus clarkii. 1985-11
[20] 논문 The lobster carapace carotenoprotein, alpha-crustacyanin. A possible role for tryptophan in the bathochromic spectral shift of protein-bound astaxanthin 1991-02
[21] 웹사이트 Yes, It's a Lobster, and Yes, It's Blue https://www.nytimes.[...] 2005-03-15
[22] 논문 The nature and role of pigments of marine invertebrates 2006-04
[23] 웹사이트 Bioluminescence | Causes of Color http://www.webexhibi[...] 2010-06-02
[24] 웹사이트 biochrome - biological pigment http://www.britannic[...] 2010-01-27
[25] 논문 Bigmouth Buffalo Ictiobus cyprinellus sets freshwater teleost record as improved age analysis reveals centenarian longevity 2019-05-23
[26] 논문 Coloration principles of nymphaline butterflies - thin films, melanin, ommochromes and wing scale stacking https://www.rug.nl/r[...]
[27] 논문 Floral colour changes as cues for pollinators https://doi.org/10.1[...] 1991-11
[28] 논문 The Genetics and Biochemistry of Floral Pigments
[29] 서적 Nature's palette - the science of plant color University of Chicago Press 2007
[30] 서적 Handbook of Photosynthesis Taylor and Francis 1997
[31] 논문 The lutein epoxide cycle in higher plants: its relationships to other xanthophyll cycles and possible functions 2007
[32] 웹사이트 The Science of Color in Autumn Leaves http://www.usna.usda[...] 2013-10-12
[33] 논문 Chlorophyll degradation during senescence
[34] 서적 Pharmacology Churchill Livingstone
[35] 웹사이트 Carotenoids and Chlorophyllic Pigments in the Marine Snail, Cerithidea Californica Haldeman, Intermediate Host for Several Avian Trematodes. https://www.jstor.or[...] Marine Biological Laboratory 2010-05-26
[36] 논문 Structural characteristics of the carotenoids binding to the blue carotenoprotein from Procambarus clarkii https://archive.is/2[...] 1984-10-25
[37] 논문 The lobster carapace carotenoprotein, a-crustacyanin. A possible role for tryptophan in the bathochromic spectral shift of protein-bound astaxanthin http://www.biochemj.[...]
[38] 뉴스 Yes, It's a Lobster, and Yes, It's Blue https://www.nytimes.[...] The New York Times - Breaking News, World News & Multimedia 2005-03-15
[39] 간행물 The nature and role of pigments of marine invertebrates http://www.rsc.org/d[...] Natural Products Report
[40] 웹사이트 Bioluminescence | Causes of Color http://www.webexhibi[...] 2010-06-02
[41] 백과사전 biochrome - biological pigment http://www.britannic[...] 2010-01-27
[42] 저널 Bigmouth Buffalo Ictiobus cyprinellus sets freshwater teleost record as improved age analysis reveals centenarian longevity 2019-05-23
[43] 저널 Coloration principles of nymphaline butterflies - thin films, melanin, ommochromes and wing scale stacking https://www.rug.nl/r[...]
[44] 저널 Floral colour changes as cues for pollinators 1991-11
[45] 저널 The genetics and biochemistry of floral pigments
[46] 서적 Nature's Palette: The Science of Plant Color University of Chicago Press 2007
[47] 서적 Handbook of Photosynthesis Taylor and Francis 1997
[48] 저널 The lutein epoxide cycle in higher plants: its relationships to other xanthophyll cycles and possible functions 2007-09
[49] 웹인용 The Science of Color in Autumn Leaves http://www.usna.usda[...] 2013-10-12
[50] 저널 Chlorophyll degradation during senescence
[51] 저널 Fungal and Bacterial Pigments: Secondary Metabolites with Wide Applications 2017
[52] 저널 Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids https://www.science.[...] 2010-04-30
[53] 저널 Horizontally transferred fungal carotenoid genes in the two-spotted spider mite Tetranychus urticae 2012-04-23
[54] 저널 Disruption of a horizontally transferred phytoene desaturase abolishes carotenoid accumulation and diapause in Tetranychus urticae 2017-07-18
[55] 저널 Carotenoids in unexpected places: Gall midges, lateral gene transfer, and carotenoid biosynthesis in animals https://www.scienced[...] 2013-08-01
[56] 인용 Carotenoid Biosynthesis in Animals: Case of Arthropods https://doi.org/10.1[...] Springer 2023-07-19
[57] 서적 Pharmacology Churchill Livingstone
[58] 저널 Carotenoids and chlorophyllic pigments in the marine snail, Cerithidea californica Haldeman, intermediate host for several avian trematodes. https://www.biodiver[...] 1960-08
[59] 저널 Structural characteristics of the carotenoids binding to the blue carotenoprotein from Procambarus clarkii. 1985-11
[60] 저널 The lobster carapace carotenoprotein, alpha-crustacyanin. A possible role for tryptophan in the bathochromic spectral shift of protein-bound astaxanthin 1991-02
[61] 웹인용 Yes, It's a Lobster, and Yes, It's Blue https://www.nytimes.[...] 2005-03-15
[62] 저널 The nature and role of pigments of marine invertebrates 2006-04
[63] 웹사이트 Bioluminescence | Causes of Color http://www.webexhibi[...] 2010-06-02


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com