엽록소 색소가 특정 파장의 빛을 흡수하고 반사하는 원리가 궁금해요

Question

식물의 잎이 우리 눈에 초록색으로 보이는 이유가 엽록소가 청색광과 적색광을 주로 흡수하고 적색과 초록색 파장을 반사하거나 투과시키기 때문인지 궁금합니다. 흡수 스펙트럼과 작용 스펙트럼의 차이점 및 카로티노이드의 역할이 궁금해요.

Answer 1

안녕하세요, 냉철한라마35님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 식물의 잎이 초록색으로 보이는 이유는 엽록소가 청색광과 적색광을 주로 흡수하고 녹색광을 반사하거나 투과시키기 때문이며, 질문하신 내용 중 적색광은 반사되는 것이 아니라 광합성을 위해 강하게 흡수되는 파장이랍니다.

■ 포르피린 고리의 전자 전이와 녹색광의 반사

엽록소 분자의 머리 부분은 마그네슘 이온을 둘러싼 포르피린 고리로 이루어져 있습니다. 이 구조에는 단일결합과 이중결합이 교대로 이어지는 공액 이중결합이 있어 파이 전자가 풍부한데요. 에너지가 높은 청색광과 상대적으로 낮은 적색광의 광자가 이 전자들을 들뜨게 만들며 효율적으로 흡수됩니다. 반면 중간 영역인 녹색광은 전자를 들뜨게 할 에너지 차이와 들어맞지 않아 흡수되지 않고 튕겨 나가거나 잎을 통과하는데요. 이 반사된 녹색 파장이 우리 눈의 시신경을 자극하여 잎이 푸르게 인식되는 것이랍니다.

■ 흡수 스펙트럼과 작용 스펙트럼의 차이 및 카로티노이드의 역할

흡수 스펙트럼은 특정 색소가 파장별로 빛을 흡수하는 비율을 나타내며, 작용 스펙트럼은 각 파장에서 실제 광합성이 진행되는 효율과 산소 방출량을 측정한 곡선입니다. 작용 스펙트럼이 엽록소 단독의 흡수 스펙트럼보다 넓은 폭을 보이는 이유는 카로티노이드 같은 보조 색소의 존재 때문인데요. 카로티노이드는 엽록소가 잘 흡수하지 못하는 400에서 500나노미터 사이의 청록색 빛을 대신 흡수해 중심 색소인 엽록소 a로 에너지를 넘겨줍니다. 또한 강한 햇빛 아래에서 과도한 빛에너지를 열로 방출하고 활성산소를 없애 엽록소가 손상되지 않도록 지켜주는 광보호 작용을 수행하거든요.

정리하자면,

엽록소는 전자 구조의 특성으로 청색광과 적색광을 흡수하고 녹색광을 반사하여 초록색을 띠며, 흡수 스펙트럼과 광합성 효율을 뜻하는 작용 스펙트럼의 차이는 청록색 빛을 추가로 흡수하고 엽록소를 보호하는 카로티노이드의 보조 작용 덕분에 나타나는 것이랍니다.

※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

엽록소는 청색광과 적색광을 주로 흡수하고 초롯빛은 반사 투과해 잎이 녹색을 보입니다 .흡수 스펙트럼은 색소가 흡수하는 파장을, 작용 스펙트럼은 광합성 효율을 나타냅니다. 카로티노이드는 청록색 빛을 흡수해 에너지를 전달하고 과도한 빛으로 부터 엽록소를 보호합니다.

Answer 3

엽록소는 적색광과 청색광을 주로 흡수하고, 녹색광은 흡수하지 못해 반사 또는 투과시키기 때문에 식물의 잎이 초록색으로 보이는 것입니다.

즉, 우리 눈에 광합성에 사용되지 못하고 튕겨 나온 녹색 파장의 빛이 들어와 초록색으로 보이는 것이죠.

다만, 라마님께서 말씀하신 것과 달리 적색광은 반사되지 않고 광합성 에너지로 대부분 흡수됩니다.

그리고 흡수 스펙트럼은 엽록소나 카로티노이드 같은 특정 색소가 빛을 파장별로 얼마나 흡수하는지 나타낸 그래프인데, 파장별 빛에 따라 식물 전체의 실제 광합성 속도가 얼마나 일어나는지 나타냅니다.

그리고 작용 스펙트럼이 엽록소a의 흡수 스펙트럼보다 범위가 넓은 이유는 보조 색소 때문입니다.

또 카로티노이드는 엽록소가 잘 흡수하지 못하는 청녹색 파장(400~500nm)의 빛을 흡수해 광합성을 돕고, 강한 빛에 의해 세포와 엽록소가 손상되지 않도록 과도한 에너지를 열로 방출합니다.

참고로 가을이 되어 엽록소가 먼저 파괴되면, 남아있던 카로티노이드의 색이 겉으로 드러나며 단풍이 드는 것이죠.

결론적으로 잎은 녹색광을 버리고 적색과 청색광으로 작동하며, 카로티노이드는 그 보조 및 보호 장치 역할을 합니다.