식물의 광합성과 크로마토 그래피

이 글은 잎의 색소 분리이며, 시금치를 이용한 크로마토그래피입니다

1. Title : 잎의 색소 분리 (시금치의 크로마토그래피)

2. Introduction : 

실험 목적 : 

- 광합성 색소의 종류를 안다.

- 크로마토그래피를 이용한 광합성 색소의 분리 원리를 이해한다.

광합성 색소

-엽록체 내막인 틸라코이드(thylakoid) 막에 빛 에너지를 흡수하는 광합성 색소를 가지고 있다.

-종류: 엽록소(Chlorophyll) (엽록소 a와 b), 카로티노이드계 색소 (β-carotene, xanthophyll, lutein, lycopene)

-식물은 태양에너지와 무기물을 이용하여 세포내 엽록체에서 에너지 합성. 그 과정에서 산소를 만들어낸다 (CO2+6H2O+빛 -> C6H12O6+6O2)

엽록소

-대표적인 광합성 색소로, C, H, O, N, Mg으로 구성되어 있다. 엽록소 a, b, c, d가 있다.

-엽록소 a는 세균을 제외한 모든 광합성 생물에 존재하는 광합성의 중심 색소이다. (청록색)

-엽록소 b, c, d는 광합성 생물에 따라 다르게 존재하며, 빛 에너지를 흡수하여 반응 중심 색소에 전달하는 역할을 한다.(b: 황록색, c:갈조류, d: 홍조류) (a, b가 가장 일반적)

카로티노이드계 색소(보조 색소) : 엽록소가 거의 흡수하지 않는 파장대의 빛에너지를 흡수하여 반응 중심 색소에 전달하는 역할을 하며, 빛을 분산시켜 강한 빛에 의해 엽록소가 파괴되는 것을 막아 준다.

광합성 색소에 의한 빛의 흡수 : 광합성 색소들은 가시광선영역의 특정 파장의 빛을 흡수한다.

엽록소는 청자색광(430~460 nm)과 적색광(630~680 nm)을 주로 흡수하고, 녹색광(500~550 nm)은 대부분 반사하거나 투과시킨다.

크로마토그래피 (chromatography)

크로마토그래피란 적절한 정지상과 이동상을 사용하여, 시료들이 섞여 있는 혼합물을 이동속도 차이를 이용하여 분리하는 방법이다.

원리 : 혼합물을 분리하기 위한 실험적 방법으로, 이동상 (mobile phase)과 고정상 (stationary phase)에 대한 혼합 성분 각각의 인력 차이를 이용한다.

(이 외에는 보고서 파일에 첨부했습니다)

3. Materials & Methods :

-Materials :

시금치 (용질), 메탄올&아세톤(용매), 톨루엔(이동상(mp)), 거름종이(고정상(sp)), 메스실린더, 실리콘 마개, 막자-막자사발, 연필, 자, 가위, 스포이드, 핀셋

실험의 주재료 필요에 따라 학명도 표기 실험에 사용된 기구 및 시약

-Methods : 

 1. 시금치 잎을 막자사발에 넣고 잘 으깬 다음 메탄올-아세톤 혼합액 (3:1)을  섞어 색소를 녹여낸다.

 2. 세로 15cm와 가로 2cm되는 거름종이를 준비한 후, 아래에서 2cm 정도의 위치에 연필을 이용해 가로로 선을 긋는다.

 3. 거름종이에 그어진 선의 중앙에 색소 추출액을 스포이드를 이용하여 조금씩 여러 번 찍어서 말린다.

이때 색소를 묻힌 점을 원점이라고 한다. (원점의 직경이 3-4mm가 되도록한다)

 4. 메스실린더에 바닥으로부터 약 1cm정도의 높이가 되도록 톨루엔을 조심스럽게 붓는다. 색소 추출액이 톨루엔에 닿지 않도록 주의한다.

 5. 거름종이의 하단 1cm정도가 톨루엔에 잠기게 한다.

 6. 전개액이 거름종이의 상단에 도달하면 종이가 마르기전에 전개액이 상승한 상단과 분리된 각색소의 위치를 연필로 표시하고 각 색소의 색깔을 기록한다.

 7. 원점에서 용매전선까지의 거리와 원점에서 각 색소까지의 거리를 측정하고 Rf(전개율) 값을 구한다.

4. Result

 

색소	색깔	이동거리(mm)	전개율(Rf)
전개용매	무색	11.4mm	1
엽록소 a	청록색	6.3mm	0.56
엽록소 b	황록색	5.4mm	0.47
카로틴	옅은 붉은색	11.4mm	1
크산토필	노란색	8.7mm	0.76

 

시금치 잎에서 분리된 색소는 총 4가지이다.

시금치 잎에서 분리된 색소의 색깔을 엽록소 a는 청록색, 엽록소 b는 황록색, 카로틴은 옅은 붉은색으로 색깔이 잘 보이지 않았으며 크산토필은 노란색으로 관찰되었다.

5. Discussion :

엽록소a, b의 Rf값보다 카로틴의 전개율이 작은 이유는 무엇인가?

분자량이 작고, 유기용매(톨루엔)에 잘 녹고 전개지에 대한 흡착력이 작기 때문이다.

잎에 여러 가지 색소가 들어 있는데 녹색으로만 보이는 이유는 엽록소에 비해 다른 색소들은 그 양이 적어 녹색에 가려 있기 때문이다.

아쉽게도 실험에서 카로틴의 분리가 확실하게 일어나지 않았다.

이러한 결과가 나오게 된 이유와 다른 조와 이동거리와 전개율을 비교로 조마다 다른 것을 알 수 있었는데 그 이유는 첫째로 시금치의 즙을 얻기 위하여 아세톤과 메탄올을 이용하여 즙을 많이 얻었었는데 그  때문에 아세톤과 메탄올으로 인해 분리능력이 달라져 전개 결과가 달라진 것으로 추정된다.

또한 시금치 용액의 농도에 의해 차이가 있는 것으로 추정되어진다.

둘째, 전개 될 때까지의 시간 차이로 다른 조와 차이가 있었으며 카로틴의 전개율이 1로 용매와 같이 올라간 것을 통하여 분리 시간이 짧았던 것을 알 수 있다.

6. Reference :

정병철, 이춘환, Xanthophyll cycle pigments as thylakoid membrane stabilizers

http://adf.ly/1YaftU

위 파일에 필자가 시행한 크로마토그래피를 토대로 작성한 것이며 이 글을 참고하면서 실험 보고서를 작성해주시면 될 듯합니다

또한, 필자가 작성한 크로마토그래피의 종류에서 종류에 따른 각각의 원리를 설명해준다면 더 좋겠습니다

discussion 에서 색소마다 이동거리가 다른 이유로 분자량을 제시하고, 분자량, 흡착력, 용해도에 대해 더 자세히 설명해주고 Rf값을 구하는 이유와 실험 Rf값, 문헌 Rf값을 비교해서 설명하고

메탄올과 아세톤의 역할을 기입해주신다면 더 좋은 보고서가 될 것이라고 생각합니다