식물은 어떤 생리적 신호를 통해 항산화물질의 합성을 조절하나요?

Question

안녕하세요. 식물은 강한 햇빛, 자외선, 가뭄, 병원균 등에 노출되면 활성산소가 생성되는데, 이를 제거하기 위해 다양한 항산화물질을 생산한다고 들었습니다. 폴리페놀, 플라보노이드, 카로티노이드, 비타민 C가 있다고 하던데, 식물은 어떤 생리적 신호를 통해 항산화물질의 합성을 조절하며, 환경 스트레스의 종류에 따라 생성되는 항산화물질의 종류와 양에는 어떤 차이가 나타나나요?

Answer 1

안녕하세요.

식물은 다양한 생리적 신호전달 체계를 통해 필요한 항산화물질의 종류와 양을 정교하게 조절합니다. 강한 빛, 자외선, 가뭄, 염분, 저온, 고온, 병원균 감염 등의 스트레스를 받으면 식물 세포 내에서 활성산소종이 증가하는데요, 활성산소는 세포막, 단백질, DNA를 손상시킬 수 있지만, 동시에 중요한 신호물질 역할도 합니다. 식물은 활성산소 농도가 증가한 것을 감지하면 여러 신호전달 경로를 활성화하여 항산화물질 합성을 유도합니다.

이 과정에서 중요한 역할을 하는 것이 식물 호르몬인데요, 가뭄이나 염분 스트레스에서는 앱시스산이 증가하여 항산화 효소와 플라보노이드 합성을 촉진합니다. 병원균 공격을 받을 때는 살리실산과 자스몬산, 에틸렌이 증가하여 방어 관련 항산화물질 생산을 유도하며 이러한 호르몬들은 특정 유전자의 발현을 조절하여 항산화물질 합성 효소의 생산량을 늘립니다.

스트레스 종류에 따라 증가하는 항산화물질도 다소 차이가 있는데요, 우선 강한 햇빛과 자외선에 노출되면 플라보노이드와 안토시아닌 합성이 크게 증가합니다. 이들은 자외선을 흡수하고 활성산소를 제거하여 광손상을 줄이는 역할을 하며 햇빛을 많이 받은 과일이나 채소의 껍질에 색소 성분이 풍부해지는 경우가 많습니다. 가뭄이나 염분 스트레스에서는 비타민 C와 폴리페놀류가 증가하는 경향이 있으며, 이들은 세포 내 산화 스트레스를 완화하고 세포막을 보호하는 역할을 합니다.

다음으로 고온이나 저온 스트레스에서는 카로티노이드가 중요한데요, 카로티노이드는 광합성 기관인 엽록체를 보호하고 과도한 빛 에너지를 안전하게 소산시켜 광산화를 방지합니다. 마지막으로 병원균 감염 시에는 다양한 페놀성 화합물과 플라보노이드, 식물 특유의 항균물질인 파이토알렉신이 증가합니다. 이들은 항산화 기능뿐 아니라 병원균의 증식을 억제하는 역할도 수행합니다. 감사합니다.

Answer 2

말씀하신 대로 식물은 가뭄이나 자외선 등 환경 스트레스를 받으면 세포 내에 활성산소(ROS)를 급격히 생성합니다.

이때 활성산소는 되레 신호 물질이 되어 칼슘 이온 유입과 MAPK 효소 경로를 자극하는데, 여기에 앱시스산, 살리실산 같은 식물 호르몬이 개입해 항산화 유전자 전사 인자를 깨웁니다.

이 신호 체계를 거쳐 식물은 스트레스 맞춤형 항산화물질을 선택적으로 대량 합성하는 것이죠.

말씀하신 물질을 예로 들어 본다면 강한 자외선에는 차단제 역할을 하는 플라보노이드와 카로티노이드를 표피에 축적하고, 가뭄 상황에서는 기공을 닫고 세포를 보호하기 위해 수용성인 비타민 C의 생산을 크게 늘립니다.

또 병원균이 침입하면 살리실산 신호에 의해 항균 성적인 파이토알렉신과 탄닌을 집중 생산하는데, 이 폴리페놀 물질들은 병원균을 억제하고 세포벽을 단단하게 만들어 물리적 장벽을 치는 것이죠.

이렇게 식물은 움직일 수 없는 한계를 극복하기 위한 화학적 방어 시스템을 가동하는데, 결국 우리가 먹는 과채류의 항산화물질은 식물이 외부 자극에 대응하기 위해 만든 물질인 것이죠.