에틸렌이 어떤 화학적 신호 물질로 작용해 과일의 세포 내 효소 반응을 촉진하나요?

Question

안녕하세요. 유독 다른 과일보다도 잘 익은 바나나나 사과를 다른 과일과 함께 두면 주변 과일까지 빨리 익는 현상이 나타납니다. 이러한 현상은 과일에서 나오는 에틸렌 기체 때문이라고 알고 있는데요 그렇다면 에틸렌이 어떤 화학적 신호 물질로 작용해 과일의 세포 내 효소 반응을 촉진하는지, 그리고 냉장 보관이 이 반응을 늦추는 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요.

에틸렌은 일종의 식물 호르몬으로 기체 상태에서 작용한다는 특징이 있는데요 바나나나 사과처럼 후숙형 과일은 성숙 단계에 들어가면 세포 내에서 에틸렌을 합성하여 방출하고, 이 에틸렌은 자기 자신뿐 아니라 주변 과일의 세포에도 확산되어 작용합니다.

에틸렌 분자는 과일 세포막에 존재하는 특정 에틸렌 수용체 단백질에 결합하며, 이 수용체는 평상시에는 숙성 관련 유전자들의 발현을 억제하고 있는데, 에틸렌이 결합하면 억제 상태가 해제되면서 세포 내부 신호 전달 경로가 활성화됩니다. 그 결과 핵 안에서 숙성에 관여하는 여러 유전자들이 동시에 발현되기 시작합니다. 이때 활성화되는 효소 반응들은 과일이 익는다는 현상과 직결되는데요 예를 들어 전분을 포도당이나 과당으로 분해하는 효소가 증가하면서 단맛이 강해지고, 세포벽의 펙틴을 분해하는 효소가 활성화되어 과육이 부드러워집니다. 또한 엽록소를 분해하고 카로티노이드나 안토시아닌 같은 색소를 합성하는 효소들이 증가해 초록색이 사라지고 노란색이나 붉은색이 나타납니다.

이때 냉장 보관 시에 반응이 늦춰지는 이유는 효소 활성과 세포 대사 속도가 온도에 매우 민감하기 때문입니다. 온도가 낮아지면 효소 단백질의 분자 운동이 줄어들어 반응 속도가 급격히 감소하는데요, 따라서 에틸렌이 존재하더라도 수용체와의 결합 효율, 신호 전달 단백질의 활성, 유전자 발현 속도, 효소 반응 속도 자체가 모두 느려집니다. 동시에 에틸렌의 합성량과 기체 확산 속도도 감소하기 때문에 숙성 신호 자체가 약해지는 것입니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

에틸렌은 과일 숙성을 촉진하는 대표적인 식물 호르몬으로, 세포 내에서 신호 물질처럼 작용합니다. 과일 세포에는 에틸렌을 인식하는 수용체가 존재하는데, 에틸렌이 이 수용체에 결합하면 원래 숙성을 억제하던 신호가 차단되고 숙성을 촉진하는 경로가 활성화됩니다. 이 과정에서 핵심 신호 단백질들이 작동하여 세포핵 속 유전자 발현을 조절하고, 그 결과 숙성과 관련된 여러 효소가 생성, 활성화됩니다. 펙틴 분해 효소는 과일을 부드럽게 만들고, 클로로필 분해 효소는 녹색을 없애며 색을 변화시키고, 전분 분해 효소는 전분을 당으로 바꿔 과일을 달게 하며, 향기 합성 효소는 특유의 향을 만들어냅니다.

냉장 보관이 숙성을 늦추는 이유는 이러한 신호 전달과 효소 반응이 온도에 크게 의존하기 때문입니다. 낮은 온도에서는 효소의 활성도가 떨어지고 세포막의 유동성이 줄어들어 신호 전달이 원활하지 않으며, 과일 자체의 에틸렌 생산량도 감소합니다. 따라서 에틸렌이 존재하더라도 반응이 둔화되어 숙성 속도가 늦춰지고 저장 기간이 길어지게 됩니다.

즉, 에틸렌은 과일 세포에 신호를 보내 숙성 관련 유전자와 효소를 활성화하는 호르몬이고, 냉장은 그 신호와 반응을 물리적으로 늦추어 숙성을 지연시키는 역할을 합니다.