동물 생태계생태계란?-생물적 환경과 무생물적 환경으로 구성되고 있는 계. 생태계는 여러 생물군집들이 물, 공기, 토양 등의 무생물적 요소를 바탕으로 타 태양에너지와 타 생물군집 등에서 영양분을 섭취하면서 기후 등의 물리적 환경에 적응하며 살아가는 생명유지 체계이다.동물의 가치와 중요성-미적 가치 : 예로부터 동물들은 아름다움의 대상이었다. 그래서 사람들이 만들어 놓은 미술, 음악, 문학, 건축물 등에 아름다운 모습으로 많이 등장하고 있다. 아름다움의 대상으로서 동물의 가치는 동·서양을 막론하고 고대에서부터 현재에 이르기까지 다양한 장르의 예술 분야에서 잘 나타나고 있다.-휴양적 가치 : 동물들은 사냥, 낚시, 생태관광 등의 주요 대상이 된다. 막대한 금액의 가치를 지닌 시장이 전 세계적으로 형성되었으며, 많은 사람들이 이들 업계에 종사하고 있다. 또한 동물이 사람들로 하여금 휴식을 즐기고 삶에 활력을 재충전할 수 있게 한다는 점에서 가지는 무형의 가치는 시장의 규모보다 훨씬 더 가치가 있을 것으로 추측된다.-교육 및 과학적 가치 : 이것은 동물의 행동이나 생태가 인간의 생활양식, 윤리, 사회 구조를 움직일 수 있는 가치이다. 동물의 행동이나 생태는 교육이나 과학의 대상이 될 수 있고, 그것의 연구결과는 사람들에게 영향을 줄 수 있다. 예를 들면 생물다양성의 감소에 대한 학자들의 연구 결과를 통해서 사람들은 자연생태계 및 생명의 소중함을 깨닫게 되며, 생계 및 환경의 보호를 위한 많은 활동과 규제를 만들어낸다.-이용적 가치 : 사람들은 동물을 이용해서 필요한 많은 것들을 얻고 있다. 과거로부터 많은 야생동물들을 가축화해서 지금까지 중요한 단백질 자원으로 이용하고 있다. 또한 의료 및 실험동물용으로 많은 동물들을 이용함으로써 인류의 건강과 복지 증진에 기여하고 있다.-상업적 가치 : 이는 동물을 근간으로 해서 직접 화폐로 창출되는 가치, 즉 사고팔 수 있는 동물의 신체 혹은 신체 일부, 동물의 부산물에 의해 창출되는 가치를 의미한다. 사람들은 집에서 키우는 강아지, 반달가슴곰 쓸개, 상어 지느러미 등을 통해서 이익을 얻고 있다. 그러나 살아 있는 희귀동물 및 사체, 신체 일부분, 가공품의 거래는 국제적으로 엄격한 규제와 감시를 받고 있다.-생태적 가치 : 동물들, 특히 야생동물은 생태계의 안정성과 건전한 기능을 유지하는 역할을 한다. 예를 들면 생태계 내에서 상위에 위치하고 있는 고차소비자의 포식활동에 의한 하위 동물들의 개체수 조절 기능, 식물의 꽃가루 혹은 종자를 옮기는 기능 등 다양한 기능을 가지고 있다.-부정적인 가치 : 동물들이 긍정적인 가치만을 가지고 있는 것은 아니다. 예를 들어 자동차나 비행기와 야생 조류 및 포유류가 부딪쳐서 발생하는 크고 작은 충돌사고, 야생동물에 의한 가축 및 농작물 피해, 질병의 매개체 역할 등이 있다.사람과 동물의 공존인구, 주택, 식량, 자원, 밀렵, 서식지 파괴, 산성비, 지구온난화, 오존층 파괴 등등 환경문제는 셀 수 없을 정도로 많이 발생하고 있다. 이러한 환경문제들은 각각이 독립적으로 존재하는 것이 아니라 문제들끼리 혹은 사회 및 그 구성원인 사람들과 깊은 상호 관련성을 가지고 복잡한 형태로 발생하고 있다. 그러므로 환경문제를 해결하고 자연 생태계가 건전하게 유지되기 위해서는 우리 사람들이 자연과 환경을 바라보는 가치관의 변화, 즉 새로운 환경윤리가 먼저 정립되어야 할 것이다.산업혁명 이후 본격적으로 발달한 과학과 산업기술의 연결은 자연을 주로 정복의 대상으로 보기 시작했다. 이는 결국 오늘날 지구환경의 위기를 초래한 원인으로 작용하게 되었다. 우리나라 역시 일제 강점기 동안의 자원 수탈과 한국전쟁, 급격한 산업화를 통해 많은 환경문제를 안고 있다.위기의 야생동물야생동물이 멸종위기에 처하게 되는 이유로는 1) 서식지 파괴, 2) 과도한 이용, 3) 외래종의 도입, 4) 환경오염 등 크게 4가지를 들 수 있다. 이 중 서식지 파괴가 최근 들어 가장 주요한 요인으로 대두되고 있다.-서식지 파괴 : 사람에 의한 서식지 파괴는 도로 건설, 도시의 확장, 갯벌 매립, 산림 파괴 길이만큼의 지역에서는 자연 생태계에 대한 파괴 및 훼손이 일어나며, 차량의 소음과 진동, 전조등 불빛 등은 주변 지역에 서식하는 동식물에게 많은 영향을 준다. 도로가 개설되면 동물들은 여러 간섭요인에 의해 도로주변에 오는 것을 꺼리게 되고, 도로를 가로질러 이동할 수 없게 되어 서식지 단편화가 발생한다. 그 밖에도 도로 안으로 동물들이 들어오는 경우에는 차량과 충돌하는 사고가 발생하고, 이때 차량과 충돌한 동물은 사망하거나 심각한 부상을 입기도 한다. 이를 위해 선진국에서는 단절된 서식지를 연결하기 위한 생태통로(eco-road), 즉 도로로 단절된 지역을 육교나 지하도의 형태로 연결시키는 방안을 고안해 냈다. 혹은 교량의 하부를 주변 지역과 동일한 서식지로 조성하는 등의 노력을 하고 있다. 우리나라에서도 지리산의 시암재와 강원도 양양의 구룡령을 비롯한 백두대간 지역을 중심으로 도로에 의해 숲이 단절된 지역에 생태통로를 만들고 있다.도시가 확장되면 주택, 학교, 상업 지역 등도 필요해질 것이고, 그로 인해 주변의 자연 지역은 감소되고 훼손될 것이다. 특히 대도시는 지속적인 도시의 확장으로 인해 도시 내부 혹은 주변의 자연 지역에 대한 개발 압력과 이용 압력이 매우 거세지고 있는 실정이다.갯벌의 매립이나 산림 파괴 역시 야생동물의 서식지를 직접적으로 감소시킨다. 특히 우리나라의 서해안에서는 갯벌 매립으로 인해 원래 생태계와 다른 특성을 보이는 지역이 증가하고 있다. 갯벌이나 하천 하구 등의 습지는 생물의 생산성이 매우 높아 다양한 생물의 서식지로서 중요한 역할을 한다. 또한 육지로부터 바다로 흘러들어가는 오염물질을 걸러내는 정화 기능도 가지고 있다.-과도한 이용 : 사람들은 지구상에서 생활한 이후 지금까지 동물들을 계속해서 이용해 왔다.원시시대에는 식량, 의복, 농기구, 제사를 위한 기구, 장식품 등을 만드는 주요한 재료로 동물을 이용했다. 물론 현재에도 동물은 단백질 공급원이나 각종 제품의 원료로서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 생태계 내에 서식하고 있는 도 호랑이, 여우, 늑대, 표범, 사향노루, 반달가슴곰, 물범, 산양, 따오기, 두루미, 독수리, 매, 올빼미 등 많은 야생동물들의 개체수가 심각하게 감소했거나 심지어 일부 종은 더 이상 서식하지 않는 것으로 알려져 있다.합법적이고 정상적인 수렵이 아닌 불법적인 포획을 밀렵이라고 한다. 우리나라에서는 특히 겨울에 동물에 대한 밀렵이 극성을 부리고 있다. 이러한 밀렵은 야생동물의 개체수를 감소시켜 서식밀도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 먹이연쇄를 파괴시켜 생태계의 건전성을 직접적으로 위협하는 요인 중의 하나이다.밀렵이 발생하는 원인으로는 몇 가지를 들 수 있는데, 첫째로 야생동물의 효과에 대한 확인되지 않은 무조건적인 믿음, 즉 맹신이다. 국민소득이 증가하면서 잘못된 보신주의가 팽배하여 야생동물에 대한 수요가 급증하였다.우리나라에서는 야생동물의 거래가 원천적으로 금지되어 있어, 야생동물의 거래는 밀거래로 이루어질 수밖에 없다. 수요에 비해 절대적인 공급 부족으로 인해 가격이 매우 높게 형성되어 있어 밀렵꾼들이 경제적인 유혹을 쉽게 뿌리치기 어렵다.밀렵행위는 아무런 죄의식이나 도덕적인 거리낌 없이 이루어져 왔다. 우리나라에서 야생동물은 현행 민법상 주인이 없는 무주물로 규정되어 있으며, 전통적으로 야생동물 소유에 대한 법의식이 부족하다는 점 등이 밀렵의 주된 원인으로 생각된다. 뿐만 아니라 동물보호에 대한 국민들의 의식수준도 낮고, 과거로부터 뿌리 깊게 내려온 보신주의가 사회 전반에 걸쳐 만연해 있으며, 야생동물 보호에 대한 주인의식 또한 매우 희박하다.-외래종 도입 : 자연적으로 원래 서식지가 아닌 지역에 사람들이 실수로 혹은 의도적으로 새로운 종을 가져온다면 그 지역은 생태적으로 매우 혼란에 빠지게 된다. 생태계의 먹이그물에 의해 모든 동물들은 서로 먹고 먹히는 관계로 연결되어 있다. 그러나 생태계 내에 외래종이 들어와서 기존에 서식하고 있는 종들을 포식하면 이들 종의 개체수가 감소하기 시작할 것이다. 특히 외래종을 잡아먹을 수 있는 포식자가 없는 경우에는 외래종의 전 세계적으로 쉽게 찾아 볼 수 있다.우리나라에서도 하천생태계를 크게 간섭하고 있는 블루길이나 배스와 같은 물고기가 큰 문제를 일으키고 있다. 원래 이들 물고기는 식용으로 판매하기 위해 우리나라에 수입되었다. 그러나 우리나라 사람들이 선호하지 않아 판매가 잘 이루어지지 않자 이 물고기들은 양식장에 그대로 방치되었다. 사람의 관리가 전혀 없자 이들은 자연적으로 하천에 유입되어 현재 우리나라의 많은 지역에 서식하게 되었다. 그런데 우리나라의 하천에서 이들 어종이 생태계의 최상위에 위치하게 되어 토종 물고기들의 개체수 감소가 심각하게 발생하고 있는 실정이다. 또한 식용으로 우리나라에 들어온 황소개구리 역시 소비자들로부터 환영받지 못하자 양식장에 방치되었다가 생태계로 퍼져 나갔다. 사냥능력이 탁월할 뿐 아니라 식성도 워낙 좋고, 이들의 개체수를 조절할 수 있는 대형 육식동물이 거의 없는 우리나라의 상황에서 황소개구리는 생태계에 많은 악영향을 주고 있다.사람들의 잘못된 생각에 의해 우리나라에서 까치가 외래종이 된 사례도 있다. 까치는 우리나라에 서식하고 있는 조류로서 한반도와 주변 섬에 널리 서식한다. 그러나 육지로부터 멀리 떨어져 있는 독도나 제주도와 같은 섬에는 서식하지 않는다. 한반도 주변의 섬은 대한민국의 국토에 속하지만 바다에 의해 단절·격리되어 있다. 즉, 바다는 동물지리학적인 장벽인 것이다. 그러나 10여 년 전 한 매스컴과 기업이 주도적으로 나서서 우리나라의 길조인 까치를 제주도에 살게 하자는 주장이 제기되었다. 많은 생태학자들의 반대에도 불구하고 두 회사는 일부 몰지각한 학자들과 같이 제주도에 까치를 방사하고 그것을 언론에 크게 보도한 적이 있다. 제주도 역시 대한민국의 국토이지만 생태학적으로는 분명히 외래종인 까치를 제주도에 인위적으로 도입한 것이다. 그런데 10여 년이 지난 지금 제주도에서는 어느 지역을 가더라도 까치를 쉽게 아주 많이 볼 수 있다. 제주도에서 포식자가 없는 까치는 그 개체수가 많이 증가했으며, 작은 새들을 공격하고 다른 새의 알을
단백질 : 약 20종의 아미노산이 펩티드결합식품 중의 단백질은 체(體)단백질 구성에 필요한 아미노산을 공급할 뿐만 아니라 1g당 4Cal의 이용 에너지를 갖기 때문에 체내에서 에너지원(源)으로도 된다. 발육이 왕성한 시기에는 조직의 증식을 위해서 단백질의 공급이 특히 중요한데 성숙 후에도 조직 단백질의 분해가 항상 이루어지고 있으므로 단백질을 섭취하지 않으면 안 된다. 성인 남자의 단백질 소요량은 하루 70g, 성인 여자는 60g이다.단백질(protein)은 생명체에서 가장 융통성 있는 고분자이며 사실상 모든 생물학적 과정들에서 아주 중요한 기능들을 맡아 한다(촉매, 산소와 같은 다른 분자들을 운반 및 저장, 기계적지지 및 면역방어, 운동발생 ,신경 충격 전달, 성장과 분화를 조종)※ 어원 : 약 100년 전 Mulder가, 모든 생체에는 질소의 함량이 거의 일정한 복잡한 물질이 있다는 사실을 발견하고, 이것이 생명현상에 있어서 중요한 역할을 하고 있다고 생각하여 ‘protois(중요한 것)’이라는 낱말을 사용하여 이름 붙였다.※생명에 가장 중요한 역할생물체의 몸의 구성하는 대표적인 분자이다※ 구성원소의 평균 조성은 탄소 53%, 수소 7%, 산소 23%, 질소 16%, 황 2%※ 크기: 보통 1만~100만 달톤의 거대분자(Da:달톤은 단백질의 크기를 규정하는 단위)※ 단백질생합성과정※ 생물학적기능① 대사촉매작용 : 효소(모든 효소는 단백질)② 운반작용 : hemoglobin, myoglobin, lipoprotein(지질을 간에서 조직으로 운반)③ 영양 및 저장작용 : casein(우유), gliadin(밀), ovalbumin(계란)④ 근육의 수축, 운동 : actin, myosin⑤ 구조적 기능 : keratin(피부,모발,손톱,양모), fibroin(명주), collagen, elastin(결합조직-인대,건,연골)⑥ 방어작용 : immunoglobulin(면역글로블린) 및 antibody(항체), fibrinogen(혈액응고단백질), 뱀독(snake venoms)⑦ 조절작용 : insulin, adrenaline1.단백질의 특징(1) 단백질은 아미노산이라 부르는 단위체들로 구성된 선형 중합체이다.-선형이지만 이것들이 접히고 꼬여서 삼차원 구조를 이룬다.(2) 단백질은 광범한 작용기들을 가지고 있다.-작용기:알코올,티올,티오에테르,카르복실산,카르복사미드, 다양한 염기성 원자단. 이들은 단백질 기능의 원인이 된다.(3) 단백질들은 서로 그리고 다른 생물학적 고분자들과 상호작용하여 복잡한 조립체들을 형성할 수 있다.(4) 어떤 단백질들은 꽤 경직되어 있는 데 반하여 어떤 단백질들은 상당한 유연성을 보인다.-경직된 단백질 : 세포골격-유연한 단백질 : 형태가 변형 가능한 것들(효소 등)2. 단백질의 분류(1) 형태적 분류① 섬유상단백질- 세포의 구조적역활- 물에 불용- 기본적인 입체구조(α-나선, β-병풍) *2차- α-Keratin(피부,모발,손톱,양모)β-Keratin(명주,거미줄의 fibroin)Collagen, Elastin(결합조직)Actin, Myosin(근육조직)② 구형단백질- 세포의 기능적역활- 물, 묽은염에 용해- 복잡한 구형구조 *3차,4차- 효소, myoglobin, hemoglobin, insulin(2) 구성성분에 의한 분류① 단순단백질 : 단백질로만 구성② 복합단백질 : 단백질부분 + 비단백질부분- Nucleoprotein(핵산-)- Glycoprotein(당-)- Phosphoprotein(인-)- Chromoprotein(색소-)- Lipoprotein(지질-)- Metalprotein(금속-)3. 단백질의 구조※ 단백질의 복잡한 입체구조를 구체적으로 설명하고 정의하기 위해 구조를 4단계로 나눔.(1) 1차구조 : 아미노산의 배열순서①단백질의 1차구조는 아미노산의 아미노기부터 시작해 그 아미노산의 카르복실기가 다음의 아미노기에 펩티드결합(아미드결합)을 해서 생성된다.②이 반응의 평형은 가수분해 쪽으로 기울어져 있지만 속도가 매우 느리기 때문에 반응속도론적으로 안정하다.(촉매가 없는 조건에서 수용액에서의 펩티드결합의 수명은 약 1000년이다.)※ 폴리펩티드 사슬은 극성을 가지는데 시작점의 아미노기, 끝나는 점의 카르복실기를 가지고 있어 그 사슬의 끝들이 다르기 때문이다.③단백질들은 유전자들에 의해 지정되는 특유한 아미노산 순서를 가지고 있다.-아미노산 순서에 관한 지식은 보통 단백질의 작용 기구를 해명하는데 필수적이다. 아미노산 순서를 바꾸면 새로운 성질의 단백질이 생성된다.-아미노산의 배열순서에 따라 단백질의 2, 3차 구조가 결정된다.-아미노산 순서의 결정은 의학에서 새로 신속히 대두하고 있는 분야의 하나인 분자병리학의 한 요소이다. 아미노산 순서가 바뀜으로써 비정상적 기능과 병이 생길 수 있다.(2) 2차구조 : 단백질의 기본적인 입체구조단백질골격 즉 폴리펩티드사슬의 수소결합 배열(α-나선, β-병풍)①폴리펩티드 사슬은 유연성을 가지기는 하지만 그들의 입체 형태는 한정된다.※ 이처럼 펩티드 결합사이에서 이중결합은 공명구조를 이루기 때문에이중결합의 성격상 펩티드 결합 주변의 여섯 개의 원자는 평면구조를 이룬다. 이는 결합 길이로 증명할 수 있다.※ C-N의 결합길이가 0.132nm로서 단일(0.149nm)과 이중결합(0.127nm)의 중간이므로 펩티드결합의 C=N 사이의 회전이 불가능하며 펩티드결합은 동일평면상에 존재한다.※ 펩티드결합의 CO와 NH는 trans 입체배치단백질에 있는 거의 모든 펩티드 결합은 trans이다. cis형태로 있으면 원자끼리 충돌할 가능성이 크기 때문에 대부분 trans형태이다.②단백질의 입체구조를 위한 회전※ 단일결합을 하고 있는 부분들은 회전할 수 있다.※Φ(파이)부분(중심탄소와 질소)은 앞쪽으로, Ψ(프사이) 부분(중심탄소와 카르보닐탄소)은 뒤쪽으로 보통 꺾인다. 이 결합들 둘레에서의 회전을 비틀림각으로 정의된다.③ α-나선구조는 사슬 안의 수소결합들로 안정하게 된 감긴 구조이다.※ 단백질들의 α-나선구조의 함량은 0~100%로 다양하다.※ α-나선은 근육의 미오신, 혈병의 피브린, 머리카락의 케라틴, 생체막들에 걸쳐 있는 단백질 등에 있다.※ α-나선의 일반적인 구조※ α-나선의 NH와 CO의 수소결합-주사슬에 있는 CO기와 NH기들은 모두 수소결합들로 결합된다.(안정화)※ α-나선 한 피치 사이의 거리는 5.4Å각 잔기는 나선 축에서 인접한 잔기와 1.5Å 떨어져 있고, 100°만큼 회전되어 있다. 한 바퀴의 나선마다 3.6개의 아미노산이 존재한다.Å=옹스트롬(파장이나 원자간 거리의 측정단위. 1미터의 100억분의 1에 해당)④β-병풍구조는 폴리펩티드 가닥들 사이의 수소결합으로 안정된다.※ β-병풍구조는 두 개 또는 그 이상의 β 가닥이라 불리는 폴리펩티드 사슬로 이루어져 있다. β 가닥은 α 나선에서처럼 빽빽하게 감겨 있는 것이 아니고 거의 완전하게 펴져 있다.※ β 가닥은 이웃한 아미노산 사이의 거리가 3.5Å으로 α 나선의 1.5Å의 거리와는 대조적이다.※β 판은 보통 폭이 넓은 화살들로 나타내는데, 이 화살들은 형성된 β 판이 평행형인지 역평행형인지를 가리키기 위해서 아미노기 시작점부터 카르복실 말단 방향으로 향하고 있다. α-나선 보다는 더 구조적으로 다양하며, β 판들은 거의 편평하지만 대부분은 좀 비틀린 모양을 취한다.지방질 대사에 중요한, 지방산을 결합하는 단백질들은 거의 전체가 β 판들로 구성되어 있다.※ 폴리펩티드 사슬의 ｉ잔기의 CO기가 ｉ+3 잔기의 NH기와 수소결합하여 회전을 안정시킨다.※ 섬유성 단백질은 세포와 조직들의 구조적 지지를 제공한다.섬유성 단백질인 α-케라틴과 콜라겐에는 특별한 형태의 나선이 존재한다. 두 개의 나선은 α나선은 서로 감겨 α나선으로 감긴 코일(초나선)을 형성한다. 이러한 구조는 대단히 안정적인데도 길이도 1000Å 이상으로 길다. 머리카락의 케라틴, 깃, 갈고리 발톱, 뿔들을 비롯한 많은 단백질들에 들어 있다.(3) 3차구조 : 2차구조가 더 압축되고 구부러진 복잡한 구형의 입체구조- 단백질내에 있는 모든 원자(곁사슬, 보결분자단 포함)의 3차원적 배열- 인체 질병에 관여하는 단백질의 3차구조를 규명함으로써 이러한 질병의 치료 및 의약품의 개발① 미오글로빈※처음으로 삼차구조가 규명된 단백질이다. 근육에서 산소를 운반하는 단백질이며 153개의 아미노산들로 구성된 폴리펩티드 사슬이다. 중심에 산소를 결합시킬 수 있는 heme 구조를 가지고 있다. 미오글로빈은 내부에 빈공간이 거의 없을 정도로 매우 chacha한 단백질이다. 주사슬의 70%정도가 α 나선구조로 접혀져 있으며 사슬의 나머지 대부분은 나선구조들 사이를 잇는 회전과 고리 부분들을 형성한다. 대부분은 다른 단백질들의 사슬처럼, 미오글로빈 주사슬의 접히기는 복잡하고 대칭성이 없다.※3차구조에서 내부는 거의 전부 무극성 잔기(루신, 발린, 메티오닌, 페닐알라닌 등)들로 이루어져 있다. 극성잔기들은 안쪽에 존재하지 않는다. 이는 3차구조의 형성을 추진하는 힘이 내부에 있는 잔기들 사이의 소수성 상호작용이라는 것을 알려준다.무극성 잔기들은 친수 환경을 피해 스스로 NH, CO의 수소결합을 통해 짝지어 덩어리로 밀집되는데 이것은 열역학적으로 더 안정하다.
식품환경안전학과 20837579 김상진 llzzang200ll@naver.com※광합성(Photosynthesis):녹색식물의 엽록소가 빛을 흡수하여 CO₂와 H₂O로부터 양분 합성 과정(6CO₂ + 12H₂O → CH₁₂O + 6H₂O + 6O₂)[1] 광합성 연구사-제네비어(1782): 식물은 빛이 없을 때 CO₂발생시키고, 식물은 빛이 있을 때 CO₂흡수하는 것을 알아냄 → 광합성에서 발생하는 O₂는 CO₂에서 유래한다고 주장했다.-소쉬르(Saussure, N. T, 1804): 잠두를 재료로 실험을 함. 식물체내의 탄소량 증가는 공기 중에서 CO₂로 부터 얻은 탄소 때문이고, 광합성에는 이산화탄소와 빛이 필요하며, 광합성을 통하여 산소가 만들어진다는 사실을 밝혔다.-블랙만(1905): 광합성량은 약한 빛에서는 주로 빛의 세기에 따르고, 강한 빛에서는 온도와 CO₂농도에 따른다. → 광합성은 빛의 세기에 영향을 받는 명반응과 온도의 영향을 받는 암반응이 있음을 알 수 있다.-루멘(1941): CO₂와 H₂O를 방사성 원소(18O)와 결합한 것과 보통 산소(16O)와 결합한 것을 준비하여 실험했다. H₂O에 18O이 있으면 발생되는 산소에도 18O가 있고, CO₂에 18O가 있으면 발생된 산소에는 18O 없음을 통해 산소는 물이 분해되면서 생긴 것임을 알아내었다.-벤슨(1949): 명반응과 암반응의 확인했다. 빛이 필요한 명반응 단계와 필요 없는 암반응 단계가 있으며, 광합성을 계속하려면 명반응이 암반응보다 먼저 일어나야 한다는 것을 밝혔다.-칼빈: 칼빈회로를 밝힘. 녹조류의 일종인 클로렐라에 방사성 동위 원소 14C로 된 이산화탄소(14CO₂)를 배양액에 공급하고 빛을 비춰 줌 → 일정한 시간이 경과하면 끓는 에탄올이 들어 있는 플라스크에 배양액을 떨어뜨린 다음, 추출한 액체를 2차원 크로마토그래피를 한다. → 크로마토그래피 용지에 필름을 덮어 놓고 일정시간이 경과한 뒤 현상함. → 배양 시간을 달리하면서 실험을 되풀이 함 ⇒ 필름에 나타난 물질을 차례로으로 구성됨.②퀀타좀: 일종의 광합성 단위로서, 250분자의 엽록소, 카로티노이드 계통의 광합성 색소, 전자전달효소, ATP 합성 효소로 구성된다.③광계Ⅰ과 광계Ⅱ복합체: 틸라코이드 막에 존재하며, 광수확 안테나와 반응중심이 있다.④광수확 안테나: 빛을 포획하여 에너지를 축척하며, 엽록소 a, b, 카로티노이드계 색소로 구성되어 있다.(2)그라나(단수 그라눔(Granum)): 동전모양의 틸라코이드가 쌓여있는 구조*그라나는 틸라코이드가 쌓인 구조이므로 당연히 명반응의 장소!(3)스트로마: 내막안의 기질부분을 의미함, 암반응의 장소3.광합성 색소: 엽록소(a, b, c, d), 카로티노이드계 색소(카로틴, 크산토필 등)(1)엽록소: C, H, O, N, Mg로 구성되며 중심 금속 원소는 Mg이다.①엽록소a(청록색) : 광합성을 하는 모든 식물에 존재하며 광합성에 중심적인 역할을 하므로 주색소라 한다. 잎이 녹색으로 보이는 이유.②엽록소b(황록색) : 녹조류와 육상 식물에 존재한다.③엽록소c : 갈조류의 광합성 색소④엽록소d : 홍조류의 광합성 색소*엽록소 a와 b는 3:1의 비율로 존재한다.*엽록소 a와 b의 색은 흡수하는 파장의 보색!(a는 붉은색 파장을 주로 흡수하므로 청록색이며, b는 청록색 파장을 주로 흡수하므로 황록색을 띈다.)(2)카로티노이드계 색소 : 황색계통의 색소카로틴과 크산토필이 있으며 빛에너지를 흡수하여 엽록소로 넘겨주는 보조 색소로 작용한다.(3)광합성 색소의 분리 순서: 카로틴, 크산토필, 엽록소 a, 엽록소 b 순서로 색소 전개[3] 광합성에 영향을 미치는 요인: 빛, 온도, CO₂농도, 빛의 파장 → 블랙만의 한정요인설1.빛의 세기(Light): 온도가 일정할 때, 어느 세기(광포화점) 까지는 빛의 세기에 따라 계속 광합성량이 증가하지만, 광포화점에 도달하면 더 이상 광합성량이 증가하지 않는다. (→효소가 관여하는 반응이기 때문에 효소가 포화되면, 광합성량이 더 이상 증가하지 않는다.)*고랭지 농작물의 생산량이 증가하는 이유>> 광합성은0~700nm, 엽록소 a)과 청자색광(430~460nm, 엽록소 b)을 많이 흡수한다.(2)작용스펙트럼: 파장에 따른 광합성의 효율(정도)를 나타낸 그래프. 광합성에 가장 유효한 빛은 적색광과 청자색광이다.*작용스펙트럼에서 500~600nm부분의 광합성량이 0이 아닌 것은 카로티노이드계의 보조색소를 갖기 때문이다.(3)보색적응설: 식물은 자신의 색과 보색인 빛을 잘 흡수한다.(녹조류는 적색빛, 갈조류는 청색빛과 청록색빛, 홍조류는 녹색빛)(4)적색저하(Red Drop): 700nm 긴 원적색광 파장의 빛은 엽록소 a가 충분히 흡수하는 파장임에도 불구하고 보다 짧은 파장의 빛에 비하여 빛의 흡수율이 훨씬 떨어지는 현상(작용스펙트럼이 680nm이상에서 급격히 떨어지는 현상)을 말한다.-에머슨의 상승효과(Enhancement Effect): 700nm의 빛을 줌과 동시에 680nm의 빛을 함께 주면, 적색저하 현상이 보이지 않게 된다. 즉, 700nm파장의 적색광과 680nm의 빛을 동시에 비추면 빛의 흡수율은 두 파장을 각각 독립적으로 비춰서 얻은 개개의 광합성율의 합보다 더 높아지는 것을 말한다. → 2개의 광계(Ⅰ,Ⅱ)존재, 680nm의 빛을 흡수하는 엽록소가 먼저 활동해야만 다음 엽록소(700nm)가 활동할 수 있음을 의미한다.-반응중심: 엽록소a와 단백질로 구성되며 종류는 P680(pigment 680nm)과 P700(Pigment 700nm)이 있다. 빛에너지를 화학에너지로 전환하는 역할을 한다.3.온도(Temperature): 광합성은 효소가 관계하는 반응이기 때문에 반응속도는 온도의 영향을 받는다.(1)CO₂ 포화, 빛이 약할 때: 온도의 영향 거의 받지 않음.(2)CO₂ 포화, 빛이 강할 때; 온도 상승함에 따라 광합성량 증가.4.CO₂의 농도: 온도, 빛의 세기가 일정할 때,(1)CO₂의 농도가 낮을 때 : CO₂의 농도가 0.1%까지 증가함에 따라 빛의 세기에 관계없이 광합성량 증가.(2)CO₂의 농도가 높아졌을 때 : 광합성량은 빛의 세기에 광분해는 루멘에서, 광인산화는 틸라코이드 막에서 일어난다.-광합성의 전자공여체는 H₂O이다.(비순환적 과정에서 NADPH에 전달되는 전자는 H₂O에서 유래한 것이다.)(2)물의 광분해: 명반응의 시작단계로서 빛에 의해 H₂O를 분해하는 것을 말한다.(H₂O → 2e- + 2H+ + ½O₂)(3)광인산화: 명반응에서 NADPH₂외에 ADP와 Pi가 결합하여 ATP가 합성되는 과정으로 순환적 광인산화와 비순환적 광인산화가 있다.①순환적 광인산화(cyclic photophosphorylation) :PS I만 작용하는 경우로 ATP합성을 위한 화학삼투 기울기만 형성PS I → 전자전달계(Ferredoxin(FD) → 시토크롬 b6f → plastocyanin(PC)) → PS Iⓐ빛이 광계 Ⅰ의 광수확 안테나에 흡수된다.ⓑ에너지를 받아 여기상태로 된 P700에서 고에너지 전자가 이탈한다.ⓒ페레독신(FD) → 시토크롬 복합체(cytochrome b6f) →플라스토시아닌(PC) 등의 전자전달계를 거쳐 P700으로 되돌아온다. 이 과정에서 루멘으로 양성자(H+)가 방출된다.*순환적 광인산화의 전자전달계는 FD, cytochrome b6f, PC로 구성되어 있다.ⓓ방출된 양성자에 의해 농도기울기가 형성되어 ATP합성효소에서 ATP를 합성하게 된다.ⓔ6회의 순환적 과정을 거치면, 6개의 ATP를 형성화며, 이것이 순환적 광인산화 반응의 총생산물이다.②비순환적 광인산화(noncyclic photophosphorylation) :PS I과 PS II가 함께 작용하여 화학삼투 기울기를 형성하고 NADP+를 NADPH₂로 환원, ATP생성하며, 빛이 PS II의 광수확안테나에 흡수됨으로써 시작된다.PS Ⅱ(광계 II) → 전자전달계( 플라스토퀴논(PQ) → 시토크롬 b6f → 플라스토시아닌(PC)) → PS I(광계 I) → 페레독신(FD) → NADP reductase(NADP+ 환원효소)ⓐ빛이 PS II의 광수확 안테나에 흡수된다.ⓑP680에서 방출된 고에너지 전자가 전자전달계t. b6f)에 넘겨준다.ⓕ결과적으로 루멘으로 유입되는 양성자와 물의 분해에 의해 생기는 양성자에 의해 양성자농도기울기가 형성되어 ATP를 생성한다.*미토콘드리아에서 화학삼투적 인산화와 유사한 기작으로, H+ 2개당 1개의 ATP를 생성한다.ⓖ그런 다음 PC(플라스토시아닌, Plastocyanin)에 의해 자유에너지 상태인 P680전자가 PS I로 이동된다.*비순환적 과정의 전자전달계는 PQ, cytochrome b6f, PC로 이루어져 있다ⓗP700이 P680의 전자를 유입하고 P700에서 고에너지 전자가 방출된다.ⓘ방출된 고에너지 전자는 FD(페레독신, Ferredoxin)을 거쳐 NADP+환원효소에 도달한다.ⓙ방출된 고에너지전자는 H+, NADP+와 결합하여 NADPH₂를 생성한다.(최종 전자수용체는 NADP+)*이때 생기는 H+는 여러 가지 과정(물의 광분해나 세포 내에서 일어나는 다른 과정들)에 의해 공급된다.ⓚ처음에 전자를 방출하여 산화된 P680은 물이 광분해될 때 생긴 전자를 받는다. 물에서 하나의 전자가 분리 될 때 동시에 하나의 H+가 루멘으로 방출되어 H+기울기 형성을 돕는다.ⓛ전자를 받은 후 다시 환원된다.ⓜ산소가 유리된다.(12회의 비순환적 과정을 거치면, 12ATP와 12NADPH₂, 6O₂가 생성된다. 산소는 물의 광분해 산물이다.)③광인산화 과정의 특징ⓐ비순환적 과정은 NADPH₂와 ATP를 동일한 양을 만들지만 캘빈회로가 ATP를 더 많이 소비하므로 그 차이를 순환적 과정이 보충한다.ⓑ엽록체의 NADPH₂농도에 의해 경로가 선택될 수 있다. 즉, ATP농도가 낮은 상태에서 캘빈회로가 작동하면 캘빈회로의 속도가 감소하면서 NADPH₂가 축적되는데 축적된 NADPH₂는 ATP의 공급이 충분해질 때까지 전자의 흐름을 비순환적에서 순환적 흐름으로 바꿀 수 있다.ⓒ전체 명반응 과정을 통해서 18ATP와 12NADPH₂, 6O₂를 형성하며 ATP와 NADPH를 암반응에 공급하게 된다.④화학삼투적 인산화: 명반응의 ATP합성은 화학삼투적 인산능
