나무
의 단풍이 녹색에서 노란색, 주황색, 빨간색의 음영으로 변하는 이유가 궁금해 한 적이 있습니까? 애초에 나뭇잎이 밝은 색을 띠는 이유는 무엇입니까? 그 답은 엽록체(chloroplast)라고 불리는 식물 소기관에 있는데, 엽록체는 햇빛의 특정 파장을 흡수하고 다른 파장을 반사하는 색소를 포함하고 있습니다. 특정 색소 중 하나인 엽록소는 여름에 가장 풍부합니다. 태양광으로부터 고에너지, 보라색, 파란색, 빨간색 파장을 흡수하고 녹색 파장을 반사하여 잎을 녹색으로 보이게 합니다. 잎에는 카로티노이드와 같은 다른 색소가 있는데, 이는 빨간색과 노란색 빛을 반사합니다. 가을이 되면 잎은 색소를 보충하지 않습니다. 엽록소는 다른 색소보다 더 빨리 분해되기 때문에 이러한 카로티노이드의 색은 가려지지 않습니다.
녹색 잎에 다양한 색소가 존재한다는 것은 특정 용매에 대한 용해도에 따라 분자를 분리하는 친수성 폴리머인 크로마토그래피 종이로 입증할 수 있습니다. 먼저 잎 추출물을 종이에 넣습니다. 종이를 유기 소수성 용매에 담그면 용매는 모세관 작용으로 인해 종이를 따라 이동하고 잎 추출물에서 다른 색소를 분리합니다. 가장 소수성인 안료는 종이 위로 더 멀리 운반됩니다. 친수성 색소는 셀룰로오스에 결합하여 움직임을 방해합니다. 모든 안료를 소수성에 따라 정렬한 후 유지 계수 또는 Rf 값을 계산할 수 있습니다. Rf 값은 용매가 이동한 거리에 대한 안료에 의해 이동한 거리의 비율입니다. 각 안료는 고유한 Rf 값을 가지며 계산된 값을 표준과 비교하여 안료를 쉽게 식별할 수 있습니다. 식물이 이산화탄소, 물, 빛 에너지를 화학 에너지와 산소로 전환하는 과정인 광합성은 주로 식물의 잎에서 수행되며 엽록소는 이 과정에서 중요한 역할을 합니다. 엽록체에는 수십 개의 엽록소 분자가 포함되어 있으며, 각 분자는 특정 작업을 수행하고 복잡한 방식으로 상호 작용합니다. 궁극적으로 빛 에너지는 엽록소 분자가 다른 대사 과정에 사용되는 전자를 포기하게 합니다. 따라서 엽록소는 잃어버린 전자를 대체하기 위해 전자의 지속적인 공급이 필요합니다. 이러한 대체 전자는 물 분자를 양성자, 전자 및 산소 분자로 분리하여 발생합니다. 광합성 속도가 빠르면 물이 더 빨리 분리되어 전자를 보충하고 산소가 빠르게 생성됩니다.
이 현상은 중탄산염이 풍부한 탄소 공급원 역할을 하는 중탄산염 용액에 잎 디스크를 매달아 실험실에서 광합성 속도를 평가하는 데 도움이 됩니다. 잎 디스크 실험이 시작될 때 주사기의 진공 상태에서 음압을 가하여 가스를 잎 디스크 밖으로 밀어냅니다. 가스가 배출된 잎 디스크는 더 무거워지고 비커로 옮겨질 때 중탄산염 용액의 바닥으로 가라앉습니다. 광합성이 일어나면 엽록소 전자를 보충하기 위해 환경의 물이 분리됩니다. 그 결과 산소가 생성되어 디스크가 더 가벼워져 시간이 지남에 따라 표면으로 떠오르게 됩니다. 더 높은 광합성 속도를 허용하는 환경에는 더 빨리 떠 있는 디스크가 있습니다.
이 실험실에서는 먼저 크로마토그래피 종이를 사용하여 시금치 잎의 색소를 분리하고 식별합니다. 그런 다음 잎 디스크 실험을 통해 물과 중탄산염 용액의 광합성 속도를 평가합니다.