빛이 전혀 들지 않는 어두운 실내 공간에 화초를 오랫동안 방치하면 잎이 노랗게 변하고 시들어 가는 이유를 엽록소 합성 중단과정으로 설명해 주세요.

Question

빛이 전혀 들지 않는 어두운 실내 공간에 화초를 오랫동안 방치하면 잎이 노랗게 변하고 시들어 가는 이유를 엽록소 합성 중단과정으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

식물이 빛이 없는 어두운 공간에 방치되면 엽록소 합성에 필수적인 광활성화 효소가 작동을 멈춰 새로운 엽록소 생성이 중단되며, 기존 엽록소가 분해되는 동안 감춰져 있던 노란색 카로티노이드 색소가 드러나 잎이 노랗게 변하게 됩니다. 엽록소의 합성 중단 및 황화 현상에 대해 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.

엽록소 전구물질이 최종 엽록소 분자로 전환되려면 환원효소의 촉매 작용이 필요한데, 이 효소는 빛을 흡수해야만 활성화되므로, 암실에서는 전구물질 단계에서 합성이 완전히 멈추어 있습니다. 잎 속의 기존 엽록소는 단백질 분해 효소와 대사 과정에 의해 지속적으로 자연 소모되기 때문 빛이 없어 새로 만들어지는 엽록소가 공급되지 않으면, 세포 내 녹색 색소의 농도가 급격히 떨어집니다. 엽록체 내부에는 녹색의 엽록소 외에도 노란색~주황색을 띠는 카로티노이드 색소가 보조 색소로 함께 존재하는데, 엽록소에 가려져 있던 카로티노이드는 빛이 없어도 상대적으로 오래 유지되므로, 엽록소가 파괴됨에 따라 숨겨진 노란색이 밖으로 드러나게 됩니다. 결국 광합성이 불가능해진 식물은 생존을 위해 틸라코이드 막을 해체하고, 엽록소 중심에 존재하던 마그네슘 이온과 질소 성분을 줄기나 다른 조직으로 회수하는 과정에서 엽록체 구조가 파괴되며 세포가 유지력을 잃고 잎이 시들게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 빛이 전혀 들지 않는 어두운 공간에 화초를 오랫동안 두면 잎이 노랗게 변하고 결국 시들어가는 가장 중요한 이유는 빛이 없어 광합성과 엽록소 유지가 제대로 이루어지지 않기 때문인데요, 식물의 잎이 초록색으로 보이는 것은 엽록체 속에 있는 엽록소가 빛을 흡수하기 때문인데, 엽록소를 만들고 유지하는 과정 역시 빛의 영향을 크게 받습니다. 특히 식물이 새롭게 엽록소를 합성하려면 빛에 의해 활성화되는 여러 과정이 필요한데, 빛이 장기간 차단되면 이러한 과정이 제대로 진행되지 못합니다.

빛이 부족하면 식물은 더 이상 광합성을 통해 충분한 에너지를 만들어내기 어려운데요, 처음에는 잎에 이미 존재하는 엽록소를 이용할 수 있지만, 시간이 지나면서 새로운 엽록소의 합성이 감소하고 기존 엽록소도 점차 분해됩니다. 이때 초록색을 나타내던 엽록소가 줄어들면서 잎에 원래 존재하던 노란색이나 주황색 계열의 카로티노이드 색소가 상대적으로 드러나게 됩니다. 그래서 잎이 초록색에서 연한 초록색을 거쳐 노란색으로 변하는 것입니다. 이 과정에서 식물의 잎이 단순히 색만 변하는 것도 아닙니다. 빛이 없으면 광합성이 사실상 중단되기 때문에 식물은 공기 중의 이산화탄소와 물을 이용해 새로운 유기물을 충분히 만들어낼 수 없습니다. 하지만 식물의 세포는 계속 살아 있기 때문에 호흡을 통해 기존에 저장해 놓은 당과 같은 유기물을 조금씩 소비하는데요, 결국 저장된 에너지원이 고갈되면서 세포의 정상적인 기능을 유지하기 어려워지고, 잎의 조직이 약해지면서 시들거나 떨어질 수 있습니다. 식물은 빛이 부족한 상황에서 잎의 초록색을 유지하기보다 기존 자원을 다른 곳으로 이동시키는 전략을 사용하기도 하며, 특히 오래된 잎에서는 엽록소와 단백질 등을 분해하고 그 안에 들어 있던 질소와 같은 영양분을 줄기나 뿌리, 새롭게 자라는 조직으로 재분배할 수 있습니다. 이 때문에 오래된 잎이 먼저 노랗게 변하고 떨어지는 현상이 나타나기도 합니다. 감사합니다.