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엽록소 a

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목차

1. 개요

엽록소 a는 대부분의 광합성 생물에서 화학 에너지를 방출하는 데 필수적인 엽록소의 한 종류이다. 엽록소 a는 클로린 고리, 곁사슬, 탄화수소 꼬리로 구성된 분자 구조를 가지며, 광합성 과정에서 빛을 흡수하여 에너지를 생성하는 역할을 한다. 엽록소 a는 보라색, 파란색, 빨간색 파장의 빛을 흡수하며, 엽록소 b와 같은 보조 색소와 함께 흡수 스펙트럼을 넓혀 광합성 효율을 높인다. 또한, 해양에서는 식물성 플랑크톤의 생물량을 나타내는 지표로 활용된다.

2. 엽록소 ''a''의 분포

엽록소 ''a''는 대부분의 광합성 생물이 화학 에너지를 방출하는 데 필수적이지만, 광합성에 사용될 수 있는 유일한 색소는 아니다.[45][5][26] 모든 산소 발생 광합성 생물은 엽록소 ''a''를 사용하지만 엽록소 ''b''와 같은 보조 색소는 아니다.[45] 엽록소 ''a''는 혐기성 광독립영양생물인 녹색황세균에서도 매우 적은 양이 발견될 수 있다.[47][7][28] 녹색황세균은 세균엽록소와 일부 엽록소 ''a''를 사용하지만 산소를 생성하지 않는다.[47][7][28] 산소 비발생 광합성은 광합성의 명반응 동안 산소가 생성되는 산소 발생 광합성과 달리 이 과정에 적용되는 용어이다.

3. 분자 구조

엽록소 ''a''의 분자 구조는 4개의 질소 원자가 중앙의 마그네슘 원자를 둘러싸고 있는 클로린 고리로 구성되며, 여러 개의 다른 곁사슬이 부착되어 있고 피톨 에스터에 의해 형성된 탄화수소 꼬리를 가지고 있다.

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피톨 꼬리를 보여주는 엽록소 ''a'' 분자의 구조

3. 1. 클로린 고리

클로린은 엽록소 ''a''의 중심 고리 구조이다.


엽록소 ''a''는 클로린이라고 알려진 큰 고리 구조 안에 마그네슘 이온이 들어 있다. 클로린 고리는 피롤로부터 유래된 헤테로고리 화합물이다.[48] 클로린의 4개의 질소 원자가 마그네슘 원자를 둘러싸고 결합한다. 마그네슘 센터는 엽록소 분자의 구조를 고유하게 정의한다.[8][29] 박테리오클로로필의 포르피린 고리는 포화되어 있으며, 단일 결합과 이중 결합이 교대로 나타나지 않아 빛의 흡수에 변화를 일으킨다.[9][30][49]

3. 2. 곁사슬

곁사슬은 다양한 엽록소 분자의 클로린 고리에 부착된다. 서로 다른 곁사슬은 각 유형의 엽록소 분자를 특징짓고 빛의 흡수 스펙트럼을 변경한다.[50][51] 예를 들어 엽록소 ''a''와 엽록소 ''b''의 유일한 차이점은 엽록소 ''b''의 7번 탄소(C7) 위치에 메틸기(–CH3) 대신에 카보닐기(알데하이드)가 있다는 것이다.[51]
녹색 박스로 표시된 메틸기(–CH3)는 엽록소 ''a''의 7번 탄소(C7)에 위치한다.

3. 3. 탄화수소 꼬리

엽록소 ''a''의 피톨 에스터(그림에서 R)는 긴 소수성 꼬리로, 엽록체의 틸라코이드 막에 있는 다른 소수성 단백질에 분자를 고정시킨다.[45][5][26] 긴 탄화수소 꼬리는 포르피린 고리에서 분리되면 지구화학 연구 및 석유 기원 결정에 중요한 생체 지표인 프리스탄과 피탄의 전구체가 된다.[52][12]

4. 생합성

대부분의 식물에서 엽록소 ''a''는 글루탐산으로부터 유도되며 헴 및 시로헴과 공유하는 분지 경로를 따라 합성된다.[54][55][56] 초기 단계에서는 글루탐산을 5-아미노레불린산(ALA)에 통합한다. 2분자의 5-아미노레불린산은 포르포빌리노젠(PBG)으로 환원되고, 4분자의 포르포빌리노젠은 결합하여 프로토포르피린 IX를 생성한다.[48]

엽록소 생성효소(EC 2.5.1.62)[57]는 클로로필라이드 ''a''와 피틸 이인산으로부터 엽록소 ''a''와 이인산을 생성하는 반응을 촉매한다.[58][59] 이는 20탄소 화합물인 다이테르펜 알코올 피톨과 함께 클로로필라이드 ''a''의 카복실기의 에스터 결합을 형성한다.

5. 광합성의 반응

5. 1. 흡광도

5. 1. 1. 빛의 스펙트럼

엽록소 ''a''와 엽록소 ''b''의 흡수 스펙트럼. 두 가지를 함께 사용하면 에너지 생성을 위한 빛의 흡수 크기가 증가한다.


엽록소 ''a''는 보라색, 파란색, 빨간색 파장 내의 빛을 흡수한다. 보조 색소는 흡수되는 빛의 스펙트럼을 넓혀 광합성에 사용할 수 있는 빛의 파장 범위를 늘린다.[45] 엽록소 ''a''는 인근에 엽록소 ''b''가 있으면 흡수 스펙트럼의 범위가 확장된다. 빛이 약한 조건에서 식물은 엽록소 ''a''에 대한 엽록소 ''b''의 비율을 더 높여서 광합성 수율을 증가시킨다.[50]

엽록소 ''a''는 보라색, 파란색, 빨간색 파장의 빛을 흡수한다. 보조 광합성 색소는 흡수되는 빛의 스펙트럼을 넓혀 광합성에 사용될 수 있는 파장의 범위를 넓힌다.[5] 엽록소 ''b''를 엽록소 ''a'' 옆에 추가하면 흡수 스펙트럼이 확장된다. 빛이 적은 환경에서 식물은 엽록소 ''a'' 분자에 대한 엽록소 ''b''의 비율을 높여 광합성 수율을 증가시킨다.[10]

엽록소 ''a''는 자주색, 파란색, 빨간색 빛을 흡수하고, 녹색 빛을 주로 반사한다. 이러한 반사로 인해 엽록소는 녹색으로 보인다. 보조적인 광합성 색소는 흡수되는 빛의 스펙트럼을 넓혀, 광합성에 사용될 수 있는 파장의 범위를 넓힌다[26]。엽록소 ''a''에 엽록소 ''b''를 함께 사용하면, 흡수 스펙트럼이 넓어진다. 어두운 곳에서는 식물은 엽록소 ''a'' 분자에 대한 엽록소 ''b'' 분자의 비율을 늘려 광합성 수확량을 늘린다[31]。

5. 1. 2. 집광

엽록체의 틸라코이드 막 내에서 에너지 전달이 이루어지는 안테나 복합체. 반응 중심의 엽록소 ''a''는 고에너지 전자를 전자 수용체로 전달하는 유일한 색소이다.


광합성 색소에 의한 빛의 흡수는 광자를 화학 에너지로 변환한다. 엽록체에 방사되는 빛 에너지는 틸라코이드 막의 색소에 부딪혀 전자를 여기시킨다. 엽록소 ''a'' 분자는 특정 파장만 포착하기 때문에 생물체는 보조 색소를 사용하여 더 넓은 범위의 빛 에너지를 포착할 수 있다.[46] 그런 다음 포획된 빛을 한 색소에서 다음 색소로 공명 에너지로 전달하여 반응 중심의 특정 엽록소 분자에 도달할 때까지 한 색소에서 다른 색소로 에너지를 전달한다.[50] 이러한 특별한 엽록소 ''a'' 분자는 광계 II와 광계 I 모두에 위치한다. 광계 II의 경우 반응 중심 색소가 P680, 광계 I의 경우 반응 중심 색소가 P700이다.[60] P680과 P700은 전자전달계에 대한 주요 전자 공여체이다. 이 두 가지 광계는 전자 1개를 산화시키기 위한 산화환원전위가 다르다. P700의 산화환원전위는(Em)은 약 500mV인 반면, P680의 산화환원전위는 약 1,100-1,200 mV이다.[60]

5. 2. 1차 전자 공여

엽록소 ''a''는 광합성의 에너지 단계에서 매우 중요하다. 광합성 과정이 진행되려면 2개의 전자가 전자 수용체로 전달되어야 한다.[45][5][26] 두 광계의 반응 중심 내에는 산화환원반응을 통해 전자를 전자전달계로 전달하는 한 쌍의 엽록소 ''a'' 분자가 있다.[60][20][40]

6. 해양에서의 엽록소 ''a''

엽록소 ''a''의 농도는 식물성 플랑크톤 생물량의 지표로 사용된다. 바다에서 식물성 플랑크톤은 모두 녹색을 띠는 엽록소 색소를 포함하고 있다.

식물성 플랑크톤은 물속 환경에서 서식하는 미세한 생물이며, 식물성 플랑크톤의 양 변화는 바다의 생산성 변화를 나타낸다. 식물성 플랑크톤은 수온 변화와 표면 바람과 같은 기후 요인에 간접적으로 영향을 받을 수 있다.

참조

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