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식물호르몬의 종류와 작용기작, 그리고 상업적이용 평가A+최고예요

ContentsⅠ식물호르몬(Plant hormone)Ⅱ식물호르몬의 종류1. 옥신(Auxin)2. 지베렐린(Gibberellin)3. 시토키닌(Cytokinin)4. 앱시스산(Abscisic acid)5. 에틸렌(Ethylene)6. 브라시노리드(Brassinorid)7. 폴리아민(Polyamine)Ⅲ식물호르몬의 작용기작Ⅳ식물호르몬의 상업적 이용ⅤReference1. 식물호르몬1) 식물호르몬(Plant hormone)? 호르몬이라는 용어는 ‘촉진한다.’는 그리스어에서 유래한다. 원래가 포유류의 생리학 에서 쓰였던 것이 시초인데 체내의 어느 특정한 장소에서 합성하여 직접, 체액에 분 비하여 표적조직 또는 세포에까지 수송되어, 그 곳에서 극히 낮은 농도에서 농도 변화에 따라 생리반응을 조절시키는 물질을 말한다.식물호르몬은 동물호르몬에 대응하는 용어인데, 동물호르몬과 비교하면 몇 가지 점 에서 차이가 난다.식물호르몬은 첫째, 같은 호르몬이라도 식물의 종류에 관계없이 식물계에 널리 분포 하고 있다. 둘째, 식물호르몬의 합성 장소는 뿌리, 어린잎, 경정부, 미숙종자의 배유 등처럼 구별해서 지적하고 있다고는 할 수 없지만, 동물의 선처럼 호르몬을 합성하고 분비하는 특정한 기관 또는 조직이 없다. 더구나 같은 호르몬이 다른 장소에서 합성 되기도 한다. 셋째, 작용을 받는 표적조직이 합성장소와 같은 경우도 있다. 그리고 이동과 수송은 물관, 체관 등의 통도조직에서 일어난 경우와 세포에서 세포로의 펌프 수송에 따라 일어나는 경우도 있다. 넷째, 동물호르몬작용은 특이성이 많지만 식물 호르몬은 오히려 다양성이 있어서 다면적인 효과를 나타낸다. 또 어떤 1가지 과정에 있어서는 단순히 1가지 호르몬만 작용하는 것이 아니고, 복수의 호르몬이 상승적으로 혹은 길항적으로 작용하는 경우가 많다. 다섯째, 식물호르몬의 내생 수준은 빛, 온 도, 수분 등의 환경 요인에 따라 큰 영향을 받는다. 즉, 이들의 물리적 자극은 식물 호르몬을 통하여 식물체에 작용한다. 이러한 관점에서 보면 식물호르몬의 서 전자의 것을 천연옥신 (native auxin)이라 하고, 후자의 경우를 합성옥신(synthetic auxin) 또는 생장호 르몬제(growth regulator)라고 하여 구별한다. 이들 옥신이 생장에 미치는 작용은 조직배양약(sucrose와 무기염을 포함)에다 조직배양(tissue culture)을 하여 각각 다른 생장호르몬제를 첨가함으로써 알 수 있다.식물의 조직배양은 무균상태에서 분열조직의 작은 조각이나 분리된 단세포를 인 공배양기에서 생육시켜 각종 첨가물질의 식물분화에 미치는 영향을 연구하는 수단으로 되어있다.< 옥신의 작용 >② 옥신의 합성과 분해? 옥신을 합성하는 기관 중에서는 tryptophane을 IAA로 변화시키는 효소계의 작 용이 현저하다. 또, 식물체 내에는 IAA를 분해하는 효소인 IAA 산화효소(indoleacetic acid oxidase)가 있는데, 특히 발아식물이나 노쇠식물의 속 또는 뿌리에 많이 함유 되어 있고, 잎·줄기 및 그 밖의 조직 중에도 함유되어 있다. 천연 옥신은 주로 IAA이며, 식물에서는 효소로 옥신이 합성되고, 이것이 다른 곳에 가서 IAA 산화 효소에 의해 파괴된다(chlorogene acid가 파괴를 촉진한다. 따라서 식물체에서 생리적으로 유효하게 작용하는 옥신의 양은 그 합성, 이동, 분해의 세 가지 과정의 균형관계에 의해 결정된다. 그밖에 식물체에서 발생하는 과산화효소(peroxidase, 노화 조직에 많음)에 의해서도 IAA가 파괴된다.③ 옥신의 이동? 식물체 내에서의 옥신 이동은 일반적인 용질의 이동과는 성질이 달라서 조직의 중앙부를 위쪽에서 아래쪽을 향해 이동하며, 그 반대 방향으로의 이동은 이루어 지지 않는다.Went(1935)의 실험에 의하면 귀리의 초엽을 중앙부에서 잘라 낸 원통을 사용하여 형태적으로 위쪽에 해당하는 절단면에 옥신이 원통조직을 하강하여 다른 한쪽 절 단면에 접해 있는 한천조각 속으로 이행하지만, 그 원통을 거꾸로 하여 형태적으로 아래쪽에 해당하는 절단면을 위쪽으로 돌려놓고 같로써 맥 아를 만들어내고 있다. 그 밖에도 과실이나 과채류의 자방에 작용시켜 단위결과(parthe- -nocarpy)를 일으키고, 또한 포도의 화방에 작용시켜 그 사이를 띄어 착립수를 증 대시키는 등 여러 방면에 이용되고 있다.3) 시토키닌(Cytokinin)? 식물의 조직 배양에 관한 연구를 한 미국 위스콘신대학의 F. SKOOG 등은 옥신 존재 하에서 담배 줄기 절편의 유관속 조직을 제거한 수조직만을 배양하면 세포는 확대하 지만 세포분열은 일어나지 않는다는 것을 발견했다. 한편 유관속 조직이 있는 상태 에서 배양하면 세포분열은 옥신 외에 유관속에서 유래하는 어떤 인자를 필요롤 하는데, 계속 배양하면 이인자는 소모되는 것으로 추정하여 이 인자의 정체를 규명하는 연구를 진행하여, 야자의 밀크나 효모 추출액에는 옥신과 더불어 세포분열을 촉진하는 인자가 있을 것으로 판단하여 그 활성 인자의 추출에 전념하였다.SKOOG 등은 청어의 정자에서 추출한 DNA의 오래된 시료에는 옥신과 협력해서 세 포분열을 촉직시키는 물질이 존재한다는 것을 담배나 수세포의 캘러스에서 발견하였다. 더구나 이 물질은 새로운 DNA 시료에서도 가압, 고온 처리하면 포함하게 된다는 것을 규명하여, 유기화학자 C.O. Miller의 협력으로 이 물질을 분리하는데 성공하였다. 이 물질을 키네틴이라고 명명하였고 6-아미노푸르푸릴퓨린인 것으로 확인하였다.키네틴 자체는 천연의 식물호르몬은 아니지만 키네틴과 같은 작용을 하는 물질이 식 물조직에 널리 분포하고 있고, 1963년 뉴질랜드의 D.S.Letham은 옥수수의 미숙종 자에서 활성물질을 분리하여 제아틴이라고 명명하였고, 이 물질을 6-(4-히드록시 -3-메틸-trans-2-프테닐아미노퓨린)(trans)Z으로 확인되었다.그 후 여러 식물의 조직에서 제아틴과 그 유사 화합물을 분리하였고, 리보오스와의 결합형도 많이 존재하고 있음을 확인하였다, 그리고 Skoog 등의 제안으로 키네틴과 같은 생리활성을 하는 일군의 화합물 중 6위가 아미노기가 치횐되는 퓨린 식물은 씨의 발아. 식물의 노화, 그리고 과일의 성숙 등 식물의 생장과 상처를 받거나 병원체의 공격을 받았을 때, 그리고 산소의 부족, 가뭄, 냉해 등 다양한 스트레스에 의해서 에틸렌을 합성한다.또한 에틸렌은 과일이 성숙할 때나 예정세포사가 일어날 때도 합성된다.< Ethylene 생합성 과정 >5) 브라시노리드(Brassinolide : Br)? 미국 농림성 연구소의 미첼 등은 1970년에 유채의 화분에 새로운 형태의 식물 성장 물질이 들어 있는 것을 찾아내어 이것을 브라신이라고 명명했다. 브라신은 여러 식 물에서 세포분열과 세포신장을 동시에 일으키는 것이 실험적으로 확인되었다.그런데 브라신은 일종의 지질인데 브라신이라는 지성 조추출 분획은 몇 가지 지방산의 글루코실 에스텔 화합물의 혼합물에 불과하다는 것으로 확인되었는데 더구나 이들의 지방산 에스텔은 모두가 생리활성도 나타내지 않았다. 그런데 같은 연구에서 브라신을 연구해 온 만다 등은 새 물질의 존재를 예상하여 꿀벌이 모아 놓은 40kg의 유채 화 분을 재료로 하여 활성 물질의 추출과 분리를 시도하였는데 1979년에 4mg의 새로운 활성물질의 분리에 성공하여 X선 해석 등의 데이터를 기초로 화학구조를 결정하여 브라시노리드라고 명명했다.브라시노리드는 구조상 B환에 락톤 구조를 한 새로운 형태의 스테로이드화합물이다. 스테로이드물질에는 동물이나 곤충의 호르몬으로서 중요한 생리활성물질인 것이 많 으나 식물에서는 불과 몇 종류의 스테로이드화합물의 존재만이 밝혀져 있다. 그러나 식물 자신이 생산하고 미량으로 더구나 대단히 높은 생리활성을 나타낸 것이 브라시노리드가 처음이다.< Brassinolide >6) 폴리아민(Polyamine)? 폴리아민은 리신과 아르기닌을 포함하는 둘 또는 그 이상의 아미노기를 갖는 다가 양이온 화합물이다. 이 중 가장 널리 분포하고 일반적이며 생리적으로 활성을 띠는 것은 putrescine, cadaverine, spermidine, 그리고 spermine 등이다. 이 화합물들은 몇몇 조벽의 신장성을 증가시키는 단백질인 익스팬신이 오이의 줄기에서 발견되었다. 익스팬신은 공유결합을 절단하는 효과를 가진 것은 아니고 세포벽을 이 루는 물질 간의 수소결합을 끊는 작용을 한다. 익스팬신은 거의 모든 식물세포에 존 재하는데, 신장이 활발한 조직에 특히 많다. 익스팬신을 넣어 주면 식물조직의 신장이 촉진되므로 식물에서 이 단백질의 양을 조절하면 신장 생장의 정도를 조절할 수 있을 것이다.옥신은 특정 유전자의 발현을 촉진시킨다. 옥신 처리 후 2~30분에 발현이 촉진되는 유전자 그룹이 있고, 30분에서 2시간 동안에 촉진되는 유전자가 있다. 일찍 유도되는 유전자들은 옥신에 의해 세포벽 신장이 촉진되는 현상보다 더 빨리 발현이 촉진되고, 뒤늦게 발현되는 유전자도 옥신에 의해 세포 분열이 촉진되는 현상보다는 시간적으로 먼저 발현이 촉진된다. 그러므로 이러한 유전자들의 발현으로 생성된 단백질이 세포벽 신장이나 세포 분열을 촉진할 가능성이 있다. 대두에 옥신을 처리하면 2.5분 이내에 전사가 촉진되는 유전자들이 있다. 중력장의 방향을 바꾸면 이들 유전자의 전사가 20분 이내에 촉진된다. 이들의 기능은 아직 밝혀지지 않았지만 상배축이나 하배축의 신장 부위에서 발현되는 것으로 보아 옥신의 신장 생장에 참여할 가능성이 있다. 특히, 옥신에 반응하지 않는 돌연변이체 중에는 옥신을 처리해도 이 SAUR의 발현이 안 되는 것이 있으므로 이 유전자 산물이 옥신의 효과에 기여하는 어떤 기능을 할 것으로 해석된다. 뒤늦게 유도되는 유전자 중에는 rRNA, RNA 중합효소Ⅰ, 1,3-β-글루카 나아제, 셀룰라아제, 리보솜 단백질 등이 있다. 옥신에 반응하는 조직에 있는 유전자 들의 프로모터에는 흔히 TGTCCCAT가 있으나, 옥신에 의해 세포 분열이 촉진될 때에도 발현이 촉진되는 유전자들은 이러한 염기서열을 가지고 있지 않다. 이러한 사실로 보아 서로 다른 옥신의 효과를 매개하는 유전자들은 서로 다른 방식으로 그 발현이 조절되는 것 같다.옥신에 반응하지 않는 돌연변이체들이 옥신의진다.

자연과학| 2013.10.19| 23페이지| 2,000원| 조회(976)

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식물에서 무기영양소 결핍에 따라 나타나는 현상

차 례1Introduction2무기영양소의 결핍1) GroupⅠ탄소화합물의 일부인 무기영양소의 결핍2) GroupⅡ에너지 저장이나 구조적인 완전성에중요한 무기영양소의 결핍3) GroupⅢ이온의 형태로 존재하는 무기영양소의 결핍4) GroupⅣ산화?환원 반응에 참여하는 무기영양소의 결핍3ReferenceIntroduction1. 필수영양소(Essential nutrient element)? 식물이 생장하고 발달하는데 필요한 영양소를 필수영양소(Essential nutrient element)라 한다.1972년에 E. Epstein에 의해 세워진 두 가지 기준에 기초적인 근거를 두고 있다.(1) 이 원소가 없을 때에 식물이 정상적인 생활사를 완성할 수 없거나, (2) 원소가 몇 가지 필수적인 식물 구성 요소이거나 물질 대사 산물의 부분이면, 이 원소는 필수적인 것으로 생각한다. 보통 둘 중 한 가지 기준을 만족시키는 것만으로 충분한 것으로 생각 되지만, 대부분의 원소들은 두 가지 기준을 모두 만족시킨다.필요성에 대한 기준은 꽤 명확하지만, 어떤 원소가 필수적인지 아닌지를 설명하는 것이 항상 쉬운 것은 아니다. D. Arnon과 P. Stout는 일찍이 세 번째 기준을 제시했다.(3) 어떤 원소가 필수적인 것으로 간주되기 위해서는 식물의 물질 대사 과정에서 직접 적으로 역할을 해야만 하고 영양 배지 속에서 나쁜 미생물 환경이나 화학적 환경을 단순히 좋게 만드는 것은 아니어야 한다.- Plant physiology 13 -무기영양소기 능Group Ⅰ탄소화합물의 일부인 영양소N아미노산, 아마이드, 단백질, 핵산, 뉴클레오티드, 조효소,헥소사민 등의 성분.S시스테인, 시스틴, 메티오닌 그리고 단백질의 성분.리포산, 조효소A, 티아민 피로인산, 글루타티온, 비오틴,아데노신-5’-포스포설페이트, 그리고 3-포스포아데노신의 성분.Group Ⅱ에너지 저장이나 구조적 완전성에 중요한 영양소.P당인산, 핵산, 뉴클레오티드, 조효소, 인지질, 피트산 등의 성분. ATP를 포함하는 반ical concentration)란 조직에서 측정된 영양소의 농도로, 최대 생장을 할 수 있게 하는 수준 이하의 농도이다. 임계 농도 이상의 농도에서, 영양소 함량을 부가적으로 증가시키는 것은 생장에 특별한 영향을 주지 않고 영양소의 함량은 적당하 다(Adequate)고 말한다. 임계 농도 이하로 영양소 함량이 결핍될 때(Deficient), 생장은 급격히 저하된다. 다시 말하면 임계 농도 이하의 조직의 영양소 수준에서, 영양소는 생장을 제한한다. 각 원소는 식물체 내에서 한 가지 이상의 구조적이거나 기능적인 특 별한 역할을 하기 때문에, 원소가 없을 때 식물은 어떤 형태적 또는 생화학적 결핍 증 상을 나타낼 것으로 기대할 수 있다. 어떤 경우에 결핍 증상은 원소의 기능적인 역할을 분명하게 반영한다. 다른 경우에, 원소의 결핍 증상과 기능적인 역할 사이의 관계는 항상 그렇게 직접적인 것은 아니다. 더구나, 어떤 원소의 결핍 증상은 한 식물과 다른 식물간에 항상 일치하는 것도 아니다. 그렇지만, 각각의 원소에 대해 결핍 증상을 반 영할 수 있는 약간의 일반적인 것은 있다. 결핍 증상은 시물체 내에서 원소의 이동성에 의해서도 좌우된다(Table Ⅱ). 원소가 식물체 내에서 이동하여 발달중인 어린 조직으로 보내지면, 결핍 증상이 나이 든 조직에서 먼저 나타나는 경향이 있다. 다른 원소들은 이동이 불가능 하다. 한 번 조직 속에 들어가면 다른 곳에서 사용될 목적으로 쉽게 이동되지 않는다. 이런 경우에 증상은 어린 조직에서 먼저 나타나는 경향이 있다.이 동 성비 이 동 성질 소(N)칼 슘(Ca)칼 륨(K)황(S)마그네슘(Mg)철(Fe)인(P)붕 소(B)염 소(Cl)구 리(Cu)나 트 륨(Na)?아 연(Zn)?몰리브덴(Mo)?※Table Ⅱ. 식물에서의 이동성 및 결핍 시 재수송 경향에 따라 분류된 무기영양소GroupⅠ1. 탄소화합물의 일부인 무기영양소의 결핍? GroupⅠ에는 질소(Nitrogen)와 황(Sulfur)이 속한다. 토양에서 질소가 부족하면 대부분의 자연하게, 질소의 결핍은 이른시기에 개화하도록 자극한다.토마토에서의 질소 결핍증상토마토에서의 질소 과잉증상GroupⅠ3. 황(Sulfur)? 대부분의 토양에는 황화철과 황원소를 포함하여 몇 가지 형태의 황(Sulfur)이 있다. 그러나, 이가 황산염 음이온(SO₄²?)으로 식물에 흡수된다. 황의 결핍은 다수의 미생물 들이 황을 산화시키거나 유기황 화합물을 분해할 수 있기 때문에 일반적인 문제는 아니다. 더불어, 간헐온천, 유황온천, 그리고 화산과 같은 자연 현상뿐 아니라 산업에서 화석연료를 많이 연소하는 것 모두 대기에 많은 양의 산화황(SO₂와 SO₃)을 보탠다. 공기가 함유하고 있는 황의 농도가 높기 때문에 산업 지역에 있는 온실에서는 황의 결핍을 설명하기는 사실상 어렵다. 황은 두 종류의 아미노산(시스테인과 메티오닌)에 나타나며, 이웃하고 있는 시스 테인과 메티오닌 잔기 사이의 이황화 결합(-S-S-)이 삼차 구조 또는 접힘(folding)에 기 여한다. 그리고 몇 종류의 조효소 및 대사에 필수적인 비타민(아세틸 조효소 A, S-아데- -노실메티오닌, 비오틴, 비타민B₁, 판토텐산)의 구성 성분이기도 하다.황 결핍의 대체적인 증상은 황백화, 생장의 저해 그리고 안토시아닌의 축적 등이다. 황 결핍증상과 질소 결핍증상은 서로 유사한데 이는 황과 질소가 모두 단백질의 구성 성분이기 때문이다. 하지만 황 결핍에 의한 황백화는 질소 결핍 시처럼 오래된 잎에서 일어나기보다는 성숙한 잎과 어린잎에서 우선 나타나는데, 왜냐하면 대부분의 종에서황은 질소와는 달리 어린잎으로 재이동하기가 쉽지 않기 때문이다.토마토에서의 황 결핍증상고추에서의 황 결핍증상GroupⅡ1. 에너지 저장이나 구조적인 안전성에 중요한 무기영양소의 결핍.? GroupⅡ에는 인(Phosphorus), 규소(Silicon), 붕소(Boron)가 속한다. 인과 규소는 대량영양 소로 분류될 만한 농도로 존재하지만 붕소는 이보다 적어 미량영양소로 분류된다. 이들 원소 들은 보통 식물체 내에서 탄소반응에 에스테르 결 규소는 알루미늄이나 망간과 같은 많은 중금속의독성을 완화시킬 수 있다.벼에서의 규소 결핍증상벼에서의 규소 결핍증상4. 붕소(Boron, B)? 붕소(Boron)의 정확한 기능은 불분명하지만 여러 증거에 의하면 세포신장, 핵산 합성, 호르몬 반응 그리고 막 기능에 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다. 또한 붕소는 수 분대사에 관여하여 수분의 흡수를 돕는 동시에 식물의 세포벽을 구성하고 있고 pectin의 형성에도 관여하고 있는 것으로 알려져 있다. 또한 붕소는 효소의 구성성분은 아니나 효소(Catalase, Oxidase, Sucrase 등)의 활력 증감에 관계하고 있다고 한다. 따라서 붕소가 결핍하게 되면 수분 및 칼슘 대사가 혼란되어 세포분열 및 세포벽형성 등이 원 활하게 이루어지지 않는다. 그리고 특징적인 증상은 어린잎과 끝눈의 검은 괴사이다. 어린잎의 괴사는 잎사귀의 기부에서 먼저 일어난다. 줄기는 비정상적으로 뻣뻣하고 파 삭파삭해진다. 정단우성도 소실되며, 식물은 옆으로 가지를 많이 뻗게 된다. 하지만 세 포분열이 저해되기 때문에 줄기의 끝은 쉽게 괴사한다. 열매, 육질이 풍부한 뿌리 그리고괴경은 내부 조직이 파괴됨에 따라 괴사되거나 기형을 나타낸다.토마토에서의 붕소 결핍증상오이에서의 붕소 결핍증상GroupⅢ1. 이온의 형태로 존재하는 무기영양소의 결핍.? GroupⅢ에는 대량영양소인 칼륨(Potassium), 칼슘(Calcium), 마그네슘(Magnesium)과 미량영양소인 염소(Chlorine), 망간(Manganese), 나트륨(Sodium) 등 우리가 흔히 알고 있는 무기영양소들이 속한다. 이들은 세포질이나 액포의 용액에 존재하거나, 정전기적으로 또는 리간드(ligand)로서 보다 커다란 탄소를 포함하는 화합물에 결합한다.2. 칼륨(Potassium, K)? 칼륨(Potassium)은 양이온 K?의 형태로 식물체 내에 존재하며, 식물세포의 삼투 퍼텐 셜을 조절하는데 중요한 역할을 한다. 칼륨은 또한 호흡과 광합성에 포함된 다수의 효 소들을 활성전사조절과 세포 생존, 그리고 화학 신호 방출에 이르는 많은 세포 과 정을 조절한다. 칼슘 결핍증상에는 뿌리나 어린잎의 정단과 같은 세포분열과 세포벽의 형성이 가장 빠른 새로운 분열조직 부위의 괴사가 있다. 느리게 자라는 식물에서 괴사는 일반적으로 황백화 현상이 먼저 나타나며 새로운 잎이 아래로 말리게 된다. 어린잎은 기형적인 모양을 띤다. 칼슘 결핍 식물의 근계는 갈색을 띠고, 짧고, 많이 분지한다.식물의 분열 부위가 성숙 이전에 죽게 되면 심각한 장애가 나타난다.토마토에서의 칼슘 결핍증상깻잎에서의 칼슘 결핍증상4. 마그네슘(Magnesium, Mg)? 칼슘처럼 마그네슘(Magnesium)도 2가 양이온(Mg²?)으로 흡수된다. 마그네슘은 일반 적으로 칼슘보다 토양 속에 풍부하지 않은 반면, 상대적으로 많은 양이 식물에게 필요 하다. 마그네슘 이온은 호흡, 광합성 그리고 DNA 및 RNA의 합성에 관련된 효소의 활 성화에서 특이한 역할을 담당한다. 또한 마그네슘은 엽록소 분자 고리구조의 부분을 이루고, 리보솜의 구조를 안정화 시키는데에도 필요하다. 마그네슘 결핍의 특징적인 증상은 옆맥 사이에서 일어나는 황백화 현상인데, 마그네슘의 이동성 때문에 오래된 잎에서 처음으로 나타난다. 이러한 패턴의 황백화 현상은 유관속의 엽록소가 유관속 사이의 엽록소보다 더 오랫동안 영향을 받지 않기 때문에 나타난다. 만약 결핍이 심해 지면 잎은 황색이나 백색이 된다. 마그네슘 결핍의 또 하나의 증상은 미성숙한 잎의 탈리이다.5. 염소(Chlorine, Cl)? 염소(Chlorine)는 식물에서 염소 이온(Cl?)의 형태로 나타난다. 염소는 산소 발생 광합 성의 물분할계에서 필요하다. 또한 잎과 뿌리의 세포분열에도 필요하고, 막을 가로질러 전기적인 중성을 유지하는 주요 반대이온(counter ion)이면서 액포 속에서 삼투적으로 활동하는 용질 중의 하나이다. 염소가 부족한 식물은 잎 끝이 마르며, 일반적으로 잎이 황백화가 되고 괴사한다. 또는 잎의 생장이 지연되고 결국 잎은 청동색질인

자연과학| 2013.10.19| 15페이지| 1,500원| 조회(414)

식물의, 영양소, 식물생리학, 결핍, 미량원소, 무기영양소

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광합성에 영향을 주는 요인

Plant Physiology Report- 광합성에 영향을 주는 요인 -학 과 :학 번 :이 름 :차 례ⅠIntroductionⅡ빛(Light)이 미치는 영향Ⅲ온도(Temperature)가 미치는 영향Ⅳ이산화탄소(CO₂)의 농도가 미치는 영향Ⅴ물(H₂O)이 미치는 영향Ⅵ기타 요인1. Introduction? 생리학적인 관점에서 식물의 광합성에 영향을 주는 요인으로는 직접적인 요인과 간접 적인 요인이 존재한다. 그 중 직접적인 요인으로는 빛(light)과 식물체 주변의 CO₂농도, 그리고 온도와 물이 있고, 식물 잎의 형태와 잎의 질소 함유랑, 전자운반체(NADP, FAD), 그리고 식물체 주변의 습도, 토양의 습도와 같은 환경 조건에 대한 기공 조절의 영향을 통해 간접적으로 달라지는 간접적인 요인이 있다.2. 빛(Light)이 미치는 영향1) 빛의 세기? 온도와 이산화탄소의 농도를 최적조건으로 유지할 때, 광합성 속도는 빛의 세기가 강 해질 수 록 증가하고, 광포화점에 달하면 일정한 값을 나타내는 포화곡선의 형태를 갖는 빛-반응 곡선을 그린다. 빛-반응 곡선은 온전한 잎에서 광자속에 따른 CO₂고정을 측정하면 잎의 광합성 특성에 대하여 유용한 정보를 제공한다.① 광보상점(Light compensation point) : 식물에 의한 이산화탄소의 흡수량과 방출량이 같아져서 식물체가 외부 공기 중에서 실질적으로 흡수하는 이산화탄소의 양이 0 이 되는 빛의 세기를 광보상점(Light compensation point)이라고 한다.② 광포화점(Light saturation point) : 식물의 광합성 속도가 더 이상 증가하지 않을 때의 빛의 세기를 말한다. 광합성 속도는 빛의 세기에 비례하지만 광포화점에 이르면 속도가 증가하지 않는다. 이산화탄소의 양, 온도 등도 이와 같은 현상을 보인다.Plant Physiology Report - 1 -광합성의 속도를 결정하는 주요 요인으로는 빛의 세기, 이산화탄소의 양, 온도 등을 들 수 있다. 식물의 잎에 빛을 쪼이면 빛의세기에 비례하여 광합성 속도는 증가한다. 그러나 빛의 세기가 어느 점에 이르면 더 이상 광합성 속도가 증가하지 않는데(광포 화), 그때의 빛의 세기를 광포화점이라 한다. 이산화탄소도 마찬가지로, 이산화탄소의 양이 증가하면 광합성 속도는 증가하지만 어느 농도를 초과하면 더 이상 농도가 높 아져도 광합성 속도는 빨라지지 않는다. 또한 온도의 광합성 속도에 대한 영향은, 약한 빛에서는 거의 나타나지 않으나 강한 빛에서는 광합성이 온도의 영향을 받으며 일정한 온도까지는 온도의 상승에 따라서 광합성 속도도 증가한다.③ 순광합성량 : 식물의 총광합성량에서 호흡량을 뺀 값이다. 흡수하는 이산화탄소의 양으로 표현한다. 식물은 광합성(photosynthesis)을 하여 양분을 합성하지만, 또한 양분을 분해하여 에너지를 얻는 호흡(respiration)도 한다. 광합성으로 합성된 양분은 호흡 으로 분해가 되는데 이 때 합성되는 양에서 분해되는 양을 빼고 남은 양분의 양이 순광합성량이다. 광합성에는 이산화탄소가 필요하기 때문에 광합성량은 흡수하는 이 산화탄소의 양으로 측정할 수 있고, 반대로 호흡을 할 때는 이산화탄소가 발생하기 때문에 배출하는 이산화탄소의 양으로 측정할 수 있다. 따라서 순광합성량은 흡수하는 이산화탄소의 양(총광합성량)과 배출하는 이산화탄소의 양(호흡량)과의 차이로 표현 할 수 있다. 광합성은 이산화탄소를 흡수하는 반응이고, 호흡은 배출하는 반응이기 때문에 식물이 광합성과 호흡을 동시에 할 때에는 이 둘이 서로 상쇄된다. 식물의 총광합성량이 호흡량보다 커야 순광합성량이 0보다 커지며, 여유 양분이 생겨 생명 유지 뿐만 아니라 생장도 가능하다.④ 총광합성량(gross photosynthesis) : 호흡에 의한 손실량을 제하지 않은 광합성 생산의 총량을 뜻한다.2) 빛의 파장① 엥겔만의 실험(Engelmann's experiment)? 1883년 독일의 식물학자 엥겔만(Theodor Wilhelm Engelmann)이 한 실험으로서 이 실험을 통해 백색광을 구성하 있는 여러 파장의 빛 중 광합성에 주로 이용되는파장의 빛을 알아냈다.? 빛의 분산(light dispersion) : 백색광은 여러 색깔의 빛이 합쳐져서 만들어지며 각각의 빛은 고유한 파장을 가진다. 백색광을 프리즘에 통과시키면 굴절이 일어나 는데, 이 때 빛의 파장에 따라 굴절되는 정도가 달라지며 파장이 길수록 적게 굴 절되고 파장이 짧을수록 많이 굴절된다. 이와 같은 차이로 프리즘을 통과한 백색 광은 파장이 가장 긴 빨간색(700nm)부터 가장 짧은 보라색(400nm)까지 여러 색의 빛으로 나누어지는데 이를 빛의 분산이라고 한다.? 엥겔만의 실험 : 광합성에 적합한 빛의 파장을 알아낸 고전적인 실험이다. 엥겔만은 빛의 분산 현상과 긴 모양을 가진 조류(algae)인 해캄(Spirogyra), 호기성세균 (aerobic bacteria)을 이용하여 실험을 계획했다. 호기성세균이란 산소를 좋아하는 세균으로 산소가 많은 곳으로 모이는 성질이 있다. 광합성이 활발하게 일어난다면, 산소가 많이 만들어지고 그 곳으로 호기성세균들이 모이게 된다. 백색광을 프리즘에 통과시켜 분산시키고, 분산된 빛을 긴 모양의 해캄에 쪼여주었다. 그래서 해캄의 각 부분이 다른 파장의 빛을 받을 수 있게 하였다. 그리고 나서 호기성세균의 움 직임을 관찰해 보니 빨간색의 빛(650nm-680nm)과 보라-파랑색의 빛(430nm - 460nm)으로 모이는 것을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 빨강과 보라-파랑색의 빛이 광합성에 주로 쓰인다는 것을 보여주었다.3. 온도(Temperature)가 미치는 영향? 주변의 CO₂농도에서 C₃광합성을 하는 잎에서 온도에 따른 광합성률 곡선은 특징적인 종 모양을 나타낸다. 곡선의 상승 부분에서는 최적에 도달할 때까지 효소활성이 온도에 따라 증가한다. 편평한 정상 부분은 광합성에 최적인 온도 범위를 나타낸다. 하강 부 분에서는 해로운 효과가 나타나는데, 이 중 일부는 가역적이며, 나머지는 비가역적이다.온도는 광합성의 모든 생화학 반응에 매우 중요한 영향을 미기 때문에, 온도에 대한 반응이 복합적이라는 것은 전혀 놀라운 일이 아니다. 정상적인 농도의 CO₂와 높은 농도의 CO₂로 구성된 대기에서 광합성률을 비교함으로써 내재하는 대사를 파악 할 수 있다. 높은 농도의 CO₂에서는 CO₂가 카복시화 부위에 충분히 공급되고, 광합성률은 주로 전자전달과 관련된 생화학적 반응에 의하여 제한된다. 이 조건에서 온도 변화는 고정률에 커다란 영향을 미친다.통상적인 농도의 CO₂에서 광합성은 루비스코의 활성에 의하여 제한되며, 이 반응은 온도 증가에 따른 카복시화의 증가와 CO₂에 대한 루비스코의 친화도 감소라는 두 가지 상 반된 과정이 종합되어 나타난다. 온도가 루비스코 활성화 료소에 영향을 미치기 때문에 고온에서 루비스코 활성이 감소한다는 증거도 있다. 이들 대조적인 영향 때문에 통상 적인 CO₂농도에서 온도에 따른 광합성의 반응은 완화된다.대조적으로 C₄광합성을 하는 잎에서 온도에 따른 광합성률을 도시하였을 때 그 곡선은 두 경우 모두에서 종 모양을 갖는데, 왜냐하면 광합성이 CO₂포화되기 때문이다. 이것은 공통 조건에서 키우면 C₄식물의 잎이 C₃식물의 잎보다 고온에서 광합성 최적 온도를 갖기 때문이다.저온에서 엽록체의 인산이용도와 같은 요인은 흔히 광합성을 제한한다. 3탄당인산이 엽록체에서 세포질로 수송될 때 엽록체막의 수송단백질을 거쳐 동일한 몰의 무기인산이 흡수된다.만일 세포질에서 3탄당인산 이용률이 감소하면 엽록체 내로의 인산흡수가 저해되며 광합성은 인산에 의해 제한된다. 녹말합성과 설탕합성은 온도에 따라 급격히 감소하여 3탄당인산에 대한 수요를 감소시키고, 저온에서 관찰되는 인산 결핍현상을 야기한다.온도반응에서 볼 수 있는 최대 광합성률은 소위 최적온도반응(Optimal temperature response)을 나타낸다. 이 온도를 초과하면 광합성률은 다시 감소한다. 이 최적온도는 다양한 단계의 광합성 능력이 최적으로 균형을 맞춘 점이고, 온도가 감소하거나 증가 함에 따라 그 단계 중 일부가 제한적이 되기 때문인 같다. 최적온도 외에 어떤 요 인들이 광합성의 감소와 요인들이 광합성의 감소와 관련되는가? 호흡률은 온도에 따라 증가하지만 이들은 고온에서 순 광합성이 감소하는 주된 이유는 아니다. 그보다는 고 온에서는 막에 결합한 전자전달과정이 불안정해져 환원력의 공급을 차단하고 광합성이 전반적으로 급격하게 감소하기 때문이다. 최적온도는 유전적이고 생리적인 강력한 근 거를 갖는다. 다른 온도를 갖는 서식지에서 자란 다른 식물종들은 광합성에 대하여 다른 최적온도를 나타내며, 동일한 종의 식물들을 서로 다른 온도에서 키우고 이들의 광합 성반응을 측정하면 생육 온도와 관계가 있는 최적온도를 나타낸다. 저온에서 자라는 식물들은 높은 온도에서 자란 식물보다 저온에서 더 높은 광합성률을 나타낸다. 온도에 대한 광합성 특성의 이런 변화들은 서로 다른 환경에서 식물이 적응하는데 중요한 역 할을 한다.온도에 따른 광합성 특성의 이런 변화는 식물이 다른 환경에 적응하는데 중요한 역할을 한다. 식물은 온도에 대해 아주 신축적으로 적응한다. 저온 범위에서, 고산지대에서 자 라는 식물들은 영도에 가까운 온도에서도 CO₂를 흡수하는 능력이 있다. 고온 범위에서, 켈리포니아 죽음의 계곡에 사는 식물들은 거의 50℃에 가까운 온도에서 최대 광합성 률을 갖는다.4. 이산화탄소(CO₂)의 농도가 미치는 영향? 식물체 내에 흡수된 이산화탄소는 포도당의 탄소 골격을 구성하게 된다. 이산화탄소 농도가 증가하면 광 비의존적반응이 증가하여 다른 요소에 의해 저해되기 전까지 탄수 화물로 저장되는 탄소량이 늘어난다. 이러한 탄소고정량 증가의 원인 중 하나는 광비 의존적반응에서 이산화탄소를 고정하는 데 관여하는 효소인 루비스코(Rubisco)이다. 루비스코는 탄소고정뿐만 아니라 광호흡에도 관여하므로(루비스코는 이산화탄소뿐만 아니라 산소와도 결합한다.), 이산화탄소의 농도 증가는 루비스코의 광호흡반응을 촉진 할 수 있다.? 루비스코에 의한 광호흡반응이 감소되면 전체적으로 봤을 때 식물의 탄소고정량이 늘 어나므로 식물에게이롭다.

자연과학| 2013.10.19| 8페이지| 1,000원| 조회(781)

광합성, 식물생리학, 광합성에 영향을 주는 요인

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항생제(항생물질)의 종류와 작용기작

Biochemistry Report- Antibiotics -학 과 :학 번 :이 름 :ContentsⅠIntro1. bacteria2. Antigen3. Antibody4. Enzyme5. PeptidoglycanⅡAntibiotics1. Antibiotics란?2. Antibiotics의 종류3. Antibiotics의 작용기작ⅢReference1. Intro1) bacteria? bacteria는 생물의 주요 분류군으로서, 세포소기관을 가지지 않은 대부분의 원핵생 물이 여기에 속한다. 원핵생물 중에서 고세균(Archaea)이 세균과 다른 계를 이루고 있다는 것이 최근에 밝혀졌다. 이를 엄밀하게 구분하기 위해 진정세균(eubacteria) 이라는 말을 쓰기도 한다. 세포벽은 펩티도글리칸 구조이며 세포벽의 형태에 따라 그람 양성세균과 그람 음성세균으로 구분한다. 박테리아라는 이름은, 밑의 사진에 있는 바실러스(bacillus) 박테리아의 모양을 보면 쉽게 이해할 수 있듯, '작은 막대기' 라는 뜻의 고대 그리스어 박테리온(bakt?rion)에 비롯되었다. 박테리아는 현미경을 발명한 네덜란드의 안톤 판 레이우엔훅(Anton van Leeuwenhoek)이 1676년에 처음Biochemistry Report - 20 -으로 관찰한 것으로 알려져 있다.? 현재의 세균류는 지구상에 최초로 번성한 생물군이 살아남은 것이라고 할 수 있는데, 약 30억 년 전 것으로 보이는 세균류의 화석은 이 사실을 더욱 확실히 해 준다. 한편, 세균류는 처음 지구에 출현한 후 몇 억 년 동안 환경 변화에 적응하면서 생화학적 진화를 계속하였다. 오늘날 세균류가 다양한 작용을 하는 것은 이러한 생화학적 진화 결과라고 할 수 있다. 세균의 세포벽은 탄수화물과 아미노산으로 이루어진 매우 얇은 막이다. 세포핵은 없지만 핵 부위라고 부르는 부분에 핵물질이 들어 있는 것도 있다. 이 부분은 보통 생물의 세포핵과 구조적인 차이를 보이므로 '핵양체'라고 한다. 특히, 대장균 등에서는 DNA 사슬이 둥 반응의 결과인 각종 알레르기의 치료는 이러한 관용을 유도함으로써 가능하다.ⓓ 자가면역질환 : 자기 자신의 조직 분자일지라도 면역세포에 노출되지 않았다면 면 역반응을 일으킬 수 있다. 직접 혈액과 접촉하지 않는 관절 속의 연골조직이나 눈의 수정체 등은, 성장한 후(면역기능이 생긴 후) 혈액 속으로 그 조직의 일부가 흘러들어가는 경우 면역반응을 유발할 수 있다. 이로 인해 자가면역질환들이 생 겨난다고 알려져 있다.3) 항체(antibody)? 항체(antibody)는 항원과 특이적 결합을 하여 항원-항체 반응을 일으키는 물질이다. 혈액의 혈소판은 적혈구와 반응하여 응집하고 태어날 때부터 항상 가지고 있으므로 정상 항체 또는 동종 항체라 한다. 면역 체계에서 세균이나 바이러스같은 외부항원 들과 특이적 결합을 하여 항원을 인식하게하고 동시에 무력화시키는 작용을 하는 면 역글로불린은 면역 항체라고 하는데 보통 항체라고 하면 면역 항체를 뜻한다. 항체와 면역글로불린은 동일한 의미로서 면역글로불린은 항체로서 작용하는 당단백질이다. 여러 종류의 면역글로불린이 있는데 이들을 면역글로불린 상과(immunoglobulin super- -family)로 묶어 분류하고 있다. 항체의 구조는 항체는 혈액과 조직액뿐만 아니라 분비물(눈물 등)에서도 발견되는데 플라즈마 세포에서 생성?분비된다. 플라즈마 세포는 면역계의 B세포가 T세포와의 상호작용하는 가운데 B세포가 특정 항원과 결합하여 분화된 세포이다. 각 항체는 특이적으로 항원과 결합하며 플라즈마 세포에 의한 항 체의 생산은 체액성 면역이라고도 불린다.① 항체의 구조? 기본 구조는 Y자형의 단백질이며, Y자의 위쪽 두 가지에 항원과 결합할 수 있는 특이적 구조를 가지고 있다. 이러한 특이적 구조는 면역 세포에서 일어나는 DNA 수준에서의 유전자 재배열에 의해 상상할 수 없을 정도로 많은 가짓수를 가질 수 있으므로, 다양한 항원에 대응할 수 있다.항체는 비교적 큰 분자량을 가진 단백질로서 아미노산기에 당사슬이 결합하고 있다. 대부분의 온도와 화학적 요인에 의해서 3차원 구조가 변형되는 변성을 일으킬 수 있다. 이러한 변성은 때때로 가역적으로, 효소는 제 기능을 찾을 수 도 있다.ⓑ 조효소- 효소에 따라서는 반응에 필요한 보조 분자들이 있어야만 하는 경우가 있다. 이 러한 보조 분자에는 금속이온과 같은 무기화합물과 유기화합물이 포함된다. 이 러한 분자들의 양을 조절함으로써, 화학 반응을 조절할 수 있다.- 조효소들은 연속적으로 일어나야 하는 반응을 중간에서 연결시켜줌으로써, 복잡 한 반응을 순서대로 일으킬 수 있다.ⓒ 효소 cascade- 연속적인 효소 반응을 통해 반응의 크기를 차차 증폭시켜서, 작은 신호가 최종 적으로는 큰 반응을 일으킬 수 있도록 한다.- 연속적인 반응 중간중간에 조절인자를 둠으로써 반응의 크기 및 반응여부를 조절 가능하다.③ 효소의 기질 특이성? 효소가 특정한 기질하고만 결합하여 반응을 촉매하는 성질을 말한다. 효소들은 각기 다른 형태의 활성부위 (active site)를 가지고 있다. 그러므로 효소는 자신의 활성부위에 알맞게 결합하는 특정한 기질하고만 상호 작용할 수 있다. 따라서 효 소의 활성 부위의 입체 구조가 기질의 입체 구조와 맞물릴 수 있는 형태일 때에만 결합이 이루어지는 것이다.보통 이러한 현상을 설명하기 위하여 열쇠-자물쇠 모형을 예로 드는데, 이것은 에밀 피셔에 의해 1894년에 제안된 것이다. 이런 모형을 예로 드는 이유는 효소의 기질 특이성은 자물쇠의 구멍에 맞는 모양을 가진 열쇠만 자물쇠를 열 수 있는 원리와 유사하기 때문이다. 이 예에서 자물쇠는 기질에 해당하며 열쇠는 효소에 해당한다.5) 펩티도 글라이칸(Peptidoglycan)? 박테리아는 그람염색에 대한 반응에 따라 편리하게 그람-양성 혹은 그람-음성으로 구분된다. 이 두 종류 박테리아를 둘러싸고 있는 다양한 구조들이 실질적으로 차이가 많이 있음에도 불구하고 박테리아 세포벽은 거의 모두가 강하고 보호가 잘 되는 펩티도 글라이칸이라고 불리는 펩타이드-다당류 층으로 되어 있다. 그람-양성 박러한 미생물을 내성균이라 하며, 병의 치료 및 원내 감염이라고 불리는 상황에서 어려 움을 주고 있다.내성균의 비율은 자연적으로는 그리 많지 않았다. 그러나 페니실린의 개발 후 많은 사용에 따라 내성균의 비율이 크게 증가하였고, 이에 따라 페니실린만이 아닌 메 티실린 등의 다른 항생물질이 필요하게 되었다. 또, 대체 항생물질에 내성을 가 지는 슈퍼 박테리아가 발생되어 그 위험이 크게 증가하고 있다.ⓐ 항생제 남용? 항생제 사용에 첫 번째 규칙은 그것을 사용하지 않는 것이고, 두 번째 규칙은 되도록 이면 그것들을 많이 사용하지 않는 것이다.(Paul. Marino)부적절한 항생제 처방과 항생제의 과용은 항생제 내성 균들의 출현을 가속시켰다. 의료 지식을 갖추지 못한 일반인들 스스로가 처방하는 것과 농업에서 성장 촉진 제로서 항생제를 사용하는 것은 더욱 더 문제를 악화시켰다. 더욱이 항생제는 그 사용상의 안정성이 보장되지 못한 상태에서 종종 처방되기도 하며, 때로는 환자에 맞지 않는 약이 처방될 때도 있다. 몇몇 경우에서는 굳이 항생제를 사용 할 필요가 없는 상황에서도 처방되기도 한다. 1950년대에 들어서면서, 기적의 치료약으로 불리던 페니실린(penicillin)과 에리스로마이신(erythromycin)에 대한 내성이 모습을 드러냈다. 병원에서 치료 목적으로 광범위하게 항생제를 사용한 것 역시 다양한 항생제에 내성을 가진 세균(multi-antibiotic-resistant bacteria)들이 등장하는 데에 일조했다.여행자들이 예방 목적으로 사용하는 항생제를 포함하여 항생제를 오용하고 있는 경우는 대개 환자의 몸무게와 이전에 환자가 사용한 항생제들을 고려하지 못한 데에서 비롯한다. 두 변수 모두 항생제 처방 효과에 중대한 영향을 미치기 때문 이다. 다른 오용의 경우, 처방자가 내린 투약 지시를 정확하게 따르지 않아 생 기는데, 예를 들어 8시간마다 복용한다고 할 때 그냥 하루에 세 번 투약하는 것을 들 수 있다. 또 처방된 약을 끝까지 다 복용하지 않고, 중간행중인데, 영국의 Intralytix, Novolytics, 인도의 Gangagen와 같은 회사와 대학 그리고 미국과 유럽의 다양한 재단이 파지 테라 피에 대해 연구하고 있다. 하지만 유전자 변형에 대한 문제 때문에 연구에 제한이 가해지는 것이 걸림돌이 되고 있다. 아직까지 파지 테라피가 실재적인 효용을 가 지기에는 많은 연구가 필요한 단계이다.⑦ Bacteriocins? Bacteriocin 역시 기존의 저분자 항생제들의 대체제로서 널리 각광 받고 있다. 각기 다른 종류의 bacteriocin은 치료 약물로서 서로 다른 잠재력을 가지고 있다. 저분자bacteriocin(microcins 나 lantibiotics)들은 기존의 항생제들과 아마 닮았을 것이라 여겨진다. 치료에 사용되기 위해 새로운 분자의 진단이 필요하지만, 그만큼 내성 발생의 위험성을 줄일 수 있다. 고분자 항생제의 한 가지 결점은 그 것들이 상대적으로 막을 이동하는데 어려움 겪는 다는 것이다. 그래서 그것들은 대부분 국부나 위장에 특이적으로 사용된다. Bacteriocin이 펲티드이기 때문에 훨씬 더 쉽게 조작될 수 있다. 그로 인해 내성을 극복할 수 있을 정도로 혁신된 항생제의 개발이 가능 해 질 것이라 생각된다.⑧ 영양분 차단? 영양분 차단은 항생제를 대체할 잠정적인 전략이 될 수 있다. 철분 공급의 제한은 인체 내에서 세균의 급증을 막는 한가지 수단이다. 체내에서 철분을 빼내가는 메 커니즘은 병원균 사이에서 거의 공통적이다. 이러한 것을 이용해서, 많은 연구진들이 철분을 제거하는 새로운 킬레이트제를 만들고 있다. 이 킬레이트는 다른 병원균 들이 사용할 철부을 미리 없애버리는 것이다. 물론 이것은 철분 과다 등 세균 감 염이 아닌 다른 상황에 쓰이는 킬레이트 치료와는 다른 것이다.⑨ 백신? 많은 사람들이 백신을 MDRO 대응 방책으로 거론한다. 사실 백신은 면역 조절과 증강에 의지하게 되는 대규모 치료에 적합하다. 이 방법은 감염 된 혹은 감수성이 있는 숙주의 면역계를 강화시켜, 매크로파지추가되는

자연과학| 2013.10.19| 23페이지| 2,500원| 조회(1,014)

항생제, 생화학, 항생물질, 항생제의 종류, 항생제의 작용기작

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살충제의 종류와 특징 및 작용

Biochemistry Report- Insecticide -- Biochemistry Report 1 -학 과 :학 번 :이 름 :차 례1살충제란 무엇인가?1) 살충제란?※ 농약이란?2살충제의 종류와 특징1) 살충제(Insecticide)의 종류와 특징2) 살충제의 주요 물질과 작용기작3곤충 및 해충에서 살충제의 작용1) 신경계에 관여하는 살충작용2) 에너지대사에 관여하는 살충 / 살비제3) 생장조절에 관여하는 살충작용4) 해충의 세포를 파괴하는 살충제5) 기타 살충작용1. 살충제란 무엇인가?1) 살충제(Insecticide)란? 사람이나 농작물에 해가 되는 곤충을 죽이는 효과를 지닌 약제이다.위생곤충방제와 농작물, 산림보호에서 살충제의 살포는 증가되어 가고 있는 추세이다. 잔류성농약의 원인 때문에 디디티(DDT)와 다른 유기 염소제가 더 이상 살포되지 않고 있으며, 저독성인 천연산 살충제 사 용량이 증가되고 있는 실정이다.살충제를 곤충에 대한 효과에 따라 접촉제·소화중독제·가스제로 구분 할 수 있으며, 처리된 식물체에 살충제가 어떻게 존재하고 분산되느 냐에 따라 국부효과를 지닌 잔류성 살충제와 입제 형태로 약제가 토 양에 살포, 유효성분이 식물에 흡수되어 오랜 기간 동안 방제효과가 있는 침투성 살충제(Systemic insecticide)로 나눌 수 있다.※ 농약(Pesticide)이란? 농작물의 재배·저장 중 발생하는 병·해충·잡초를 방제하는데 사용하는 화학농약 및 생물농약, 농작물의 생리기능을 증진·억제하는 데 사용되는 생장조정제, 약효를 증진시키는 보조제 등의 총칭한다. 넓은 의미에서 농약은 비료까지도 포함시키며 토양소독으로부터 종자 소독, 발아에서 결실, 저장에 이르기까지 농업경영상 동식물에 의한 피해를 막는 데 쓰이는 모든 약제를 말한다. 또한 농작물을 보호하고 생육을 촉진하거나 억제하며, 착색을 좋게 하여 농산물의 품질을 높이는 약제도 포함한다.농약의 작용효과에 따라 식물진균병 방제를 위한 살균제, 식물세균병 방제를 위한 살세균제, 해충방제용 살, Thallium 등과 이들 화합물② 유기인제(Organophosphous compounds)? 유기인 화합물은 살충제의 종류에 있어서나 실용면에서 가장 우수 하다. 유기인제는 적용범위가 넓어 곤충·응애 등에 좋은 효과를 지 니며, 식물체 내에 흡수되어 침투성효과가 있고, 유효성분이 신속 하게 분해되어 잔류문제가 없으며, 곤충의 신경계를 침해하여 효과를 보이는 신경독제이다. Parathion·EPN·Diazinone·Metasystox·Malat--hion·DDVP·Dipterex 등이 많이 사용되고 있는 유기인제이다.③ 카바메이트(Carbamate)? 1950년대부터 개발, 이용되고 있고 유기인제에 대해 저항성을 보이는 곤충에 대해 좋은 살충력을 보인다. N-methyl기 또는 N,N-dime- -thyl기에 기본을 두고 있으며, Acethylcholine과다로 기능을 마비시킨다.Sevin·Bassa·Temik(또는 aldicarb)·파단·피리모 등이 이 약제에 속한다.④ 유기염소제(Chlorinate organic compound)? 제2차 세계대전 이후 DDT가 한국에 수입되어 위생해충은 물론 각종 해충방제에 사용하였으며, BHC제·Drin제가 수입되어 해충방제에 큰 공헌을 하였다. 그러나 저항성해충의 유발, 유용천적의 살해, 어 류에 대한 독성, 인축, 농작물에 대한 잔류독성 때문에 유기염소제 사용이 완전 금지되어 있다. 이들 살충제는 다량의 염소를 함유하고 있는 것이 특징이며, DDT·BHC·에톡시크로·Aldrin·Dieldrin·헵타크로등이 있다.⑤ 천연산 살충제(Natural insecticide)? 식물에서 유효성분을 추출하여 얻어진 식물성 살충제와 광물에서 얻어진 광물성 살충제로 대별된다. 우수한 유기합성 살충제의 실용 화로 식물성 살충제의 사용량이 한동안 감소하였으나 독성, 환경오염 등과 같은 심각한 사회문제가 부각됨에 따라 식물성 살충제의 사 용에 관심을 갖게 되어 점차 사용량이 증가하고 있다. 식물성 살충 제로는 Nicotine·Rote전달체의 소비- 형Ⅰ:DDT와 같음- 형Ⅱ:신경세포수송의 봉쇄아자디락틴호르몬계 껍질 벗기- 엑디손 생성의 저해.- 변화된 섭식과짝짓기 행동- 건강악화- 애벌레의성장 저해Rotenone호흡연쇄- 호흡연쇄의 전자수송이봉쇄됨- 심장박동의 저하- 호흡저해- 마비3. 곤충 및 해충에서 살충제의 작용1) 신경계에 관여하는 살충작용① 신경계의 구조와 신경전달? 신경계는 뉴런(neuron)이라는 신경세포(수상돌기, 축색, 축색말단 으로 이루어 짐)가 연결되어서 이루어지는데 완전히 결합되어 연결 된 것이 아니라 시냅스(synapse)라는 미세한 간격(20-30x10-9m)을 두고 연결되어 있다. 뉴런의 축색에서 신경자극은 활동전위(action- -potential)라는 전기적인 충격신호로 전달되며 이 신호는 Na+이온이 뉴런 내로 유입되면서 전위가 양성(+)으로 올라갔다가 K+이온을 유출시켜 음성(-)으로 내려와 생성된다. 이러한 전기적인 충격신호는 축색을 따라 전달되다가(곤충에서 1초당 50cm - 6m의 속도로 전달), 축색말단에 가서는 신경전달물질을 분비하여 이 물질이 시냅스사이를 퍼져나가 다음 뉴런의 신경전달물질 수용체(receptor)에 결합하면 다시 활동전위가 생성되어 뉴런을 따라 신경자극이 전달된다. 이때 활동전위를 생성시키게 하는 신경전달물질로서 흥분성 신경전달물질인아세틸콜린(acetylcholine)이 있다.이와는 반대로 활동전위의 생성을 억제하는 물질로서 억제성 신경 전달물질인 GABA(γ-aminobutyricacid)가 있는데 이 억제성 물질이 해당 수용체에 결합되면 Cl? 이온이 뉴런 내로 유입되어 더욱 음성(-) 상태를 만들어 활동 전위의 생성이 억제된다. 이러한 두 물질의 역할이 최적의 상태로 유지되면서 동물은 정상적인 운동과 생활을 할 수 있는 것이다. 하지만 어떤 이유로 인해 신경자극이 이루어지지 않으면 당연히 아무런 운동도 못하고 죽게 되는 것이고, 과도하게 신경자극이일어나도 경련마비가 일어나 죽게 되는 것이다.② 신경계에 작용하는 농약과 살충라서 과 다한 신경자극이 전달되어 경련과 마비를 일으켜 해충을 죽게 한다.니코틴 외에 네오니코틴류로 통하는 imdacloprid나, spinosad 같은 살충제도 유사한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. Cartap류 살충 제는 니코틴과는 상이하게 아세틸콜린 수용체에 결합해서 아세틸 콜린이 아세틸콜린 수용체에 결합하는 것을 막아 신경자극 생성을 억제하여 해충을 죽게 하는 것으로 생각되고 있다. Octopamine은 곤충에서 신경호르몬 및 신경수신물질로서의 기능을 하고 있는데, amitraz 같은 살충 / 살비제(응애 방제)는 옥토파민 수용체에 결 합하여 옥토파민 역할을 더욱 활성화 시키고 인산화와 탈 인산화의 순환 균형을 파괴하여 해충을 죽인다. 잔류농약 검사 시 채소류에서 검출되어 신문지상에 자주 등장하는 chlorpyrifos와 같은 유기인계 살충제 및 carbaryl과 같은 카바메이트계 살충제는 또 다른 작용 기작을 갖고 있는데, acetylcholinesterase라는 효소의 작용을 저 해하여 해충을 죽게 한다. 이 효소는 아세틸콜린 수용체에 결합하여 신경전달을 하고난 아세틸콜린을 파괴(콜린과 초산으로 분해)한다. 이렇게 해야 다음 아세틸콜린분자가 다시 아세틸콜린 수용체에 결 합하여 신경전달을 정상적으로 진행할 수 있다. 놀라운 것은 1개의 효소가 1분당 약 300,000개 분자의 아세틸콜린 분자를 분해한다고 추정한다. 그런데 유기인계 살충제와 카바메이트계 살충제는 이 효 소와 아세틸콜린이 결합하는 결합자리에 결합하고 따라서 효소는 아세틸콜린과 결합하지 못하여 신경전달을 끝낸 아세틸콜린을 제 거하지 못하고 아세틸콜린 수용체에 과다하게 축적되어 신경전달이 과해져서 경련, 기능마비를 일으켜 해충을 죽게 한다. 다행이도 우 리에게는 부주의와 사고에 의해 다량의 유기인계 / 카바메이트계 살충제에 중독되었을 때 치료할 수 있는 해독제가 있는데 atropine이 그것이다. 해독제인 아트로핀은 아세틸콜린과 경쟁적으로 아세틸콜린 수용체에 결합하여 과량의 아세틸콜린에 에서 생성된 양성자(H+)에 의해 미토콘드리아 내막의 외부와 내부 사이에 양성자 농도경사가 생성되고(외부의 농도가 높음) 이를 이용해 ATP합성효소가 ADP를 인산화시켜 ATP를 생산한다. 예를 들어 포도당 1분자가 완전히 산화되면 36-38개의 ATP가 만들어지고 지방산 1 분자가 완전히 산화되면 106개의 ATP가 만들어진다. 이렇게 생산된 ATP는 세포가 일을 할 때 에너지를 공급하게 된다. 이와 같이 NADH나 FADH2가 산화되면서 인산화 반응에 의해 ATP가 생산되는 과정을 산화적 인산화라고 하고 산화반응과 인산화반응은 양성자 농도경사에 의해 서로 연결(coupling)되어 있다.① 에너지대사 관련 효소를 저해하는 살충제? Chloropicirn, methyl bromide, metam sodium, dazomet 등은 토양 훈증제로서 선충을 비롯한 토양해충을 죽일 뿐 아니라 병균, 잡초도 제거하기 때문에 토양 소독제로 사용된다. 이 훈증제는 해 당작용 및 구연산회로에 관련된 효소(hexokinase, α-ketoglutamate dehydrogenase등)에 결합하여 효소 역할을 불활성화 시킨다. 이때 metamsodium, dazomet은 토양 속에서 수분에 의해 methyliso- -thiocyanate(MITC)로 분해되고 이 MITC가 약효를 발휘한다.② 전자전달 저해 작용을 하는 살충 / 살비제? 천연 살충제 rotenone은 복합체 I을 저해하여 NADH와 CoQ사이에 전자전달 작용을 차단하고 ATP 생성을 저해하여 살충작용을 한다. 이외에도 fenazaquin, pyridaben, fenpyroximate, tebufenapyrad, pyrimidifen과 같은 다양한 구조의 살비제들이 역시 복합체 I을 저 해해서살충작용을 한다고 알려져 있다. 살비제 dicofol 과, 개미 / 바 퀴벌레 방제용 hydramethylnon은 복합체 III을 저해해서 살충작용을 하고, 저장 곡물 훈증제인 aluminiumphosphide(AlP)는 수분

자연과학| 2013.10.19| 16페이지| 2,000원| 조회(2,447)

생화학, 농약, 살충제, Insecticide, 살충제의 작용

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