식물색소분리

2013-11592

전기정보공학부 최창락

1.Introduction

⓵식물 색소

(1) 엽록체 :

-광합성이 일어나는 장소

-광합성 색소가 존재 (일반적으로 육상식물에는 chlorophyll a, chlorophyll b, xanthophyll, carotene 4종류 존재)

1) Chlorophylls (엽록소) :

- 종류: chlorophyll a, b, c, d, e, bacteriochlorophyll a, b 등

- 주로 빨간색과 파란색 파장을 흡수 → 초록색으로 보임

2) Carotenoids (카로티노이드) :

- 종류: xanthophyll, carotene

- chlorophyll이 흡수하지 못하는 파장을 흡수 → 오렌지색으로 보임

- 빛을 분산시켜 엽록소를 보호하는 역할도 함

⓶크로마토그래피 :

1)혼합물 속에 들어있는 각 성분들의 고정상(stationary phase)에 대한 흡착력(absorption)과 이동상에 대한 친화도(affinity) 등 2가지 성질을 이용하여 순물질을 분리하는 방법

2)종류 : Thin Layer Chromatography(TLC), Liquid Chromatography(LC),

Gas Chromatography(GC),  High Performance Liquid  Chromatography(HPLC)

3) 종이 크로마토그래피 : 종이에 검은 수성 사인펜으로 점을 찍은 후 수직으로 세워놓고 아래 부분이 물에 잠기도록 하면 물이 종이를 따라 올라가면서 사인펜 속의 색소가 분리된다. 이때 종이처럼 고정되어 있는 물질을 정지상이라 하며, 물과 같이 위로 이동하는 물질을 이동상이라 한다. 색소들은 저마다 물을 따라 올라가는 속도가 달라 분리가 가능하다.

4) Rf값

Rf = distance traveled by substance (시작점~색소이동거리)/

distance traveled by solvent  (시작점~용매이동거리)

* Rf 값은 전개액에 대한 용해도가 클수록, 분자의 크기가 작을수록, 전개지에 대한 흡착력이 작을 수록 크다.

2. Materials

시금치와 꽃잎 – 적당량, 막자 사발과 막자 - 2 개, Acetone - 10 ml (튜브에)

1:9 (acetone : petroleum ether) solution - 5 ml X 2 개 (튜브에) - 전개용매

e tube – 1개, 튜브꽂이 (rack) – 1개, 3M 크로마토그라피 종이 - 2장

이쑤시개 – 4개, 자 – 1개, 연필 – 1개, 가위 – 2개

Spectrophotometer - 반에서 1대, (glass) cuvette - 반에서 2개

Voltex – 반에서 2대, 파이펫과 팁, 폴리글로브

3. Method

1. sample 준비 시금치 잎 1개, 개나리꽃 10개 정도(약 2g)를 막자 사발에 넣은 후 후드에서 각각 Acetone 을 넣고 갈았다. (Acetone: 시금치 3ml, 개나리 2ml)

2. 크로마토그라피 종이를 2cmX12cm로 잘랐고(튜브에 넣기 적당한 크기), 한 쪽 끝을 뾰족한 모양을 만들어 끝에서 2.5cm되는 곳에 약하게 연필로 선을 그었다.

3. Acetone을 넣어 간 sample을 이쑤시개로 찍어 크로마토그라피 종이의 표시해 둔 2.5cm 위치에 선형으로 묻혔다. (이 과정은 편의상 후드 밖에서 진행 가능)

4. 마를 때까지 기다렸다.

5. 4-5번을 30번 반복했다. (그어진 Sample의 두께는 0.3mm 정도가 적당하다. 너무 두껍지 않게!)

6. 이쑤시개에 크로마토그라피 종이 윗부분을 말아 전개용매가 있는 튜브 2개에 각각 걸고 선을 그은 부분이 닿지 않도록 끝을 담궜다.

7. 색소들이 충분히 분리될 때까지 후드에서 약 15분간 전개했다.

8. 크로마토그라피 종이를 보고 색소가 분리 되었는지 확인했고, 색이 바뀌는 위치들 및 최고점을 자로 재어 거리(cm)를 표시하고 사진을 남겼다.

9. 각각의 Rf 값을 구했다.각 색소 별 이동 거리

노랑1 = 4.5 cm

노랑2 = 3 cm

청록 = 2.5 cm

초록= 1.5 cm

10. 시금치 크로마토그라피 종이에서 2번째로 멀리 전개된 청록색 부분(사진참고) 을 잘라 e-tube에 넣고 Acetone 1ml을 넣어 voltexing 했다.

11. 이 용액을 큐벳에 옮기고 Spectrophotometer로 380~700nm 범위에서의 흡광도를 측정했다. (Blank- acetone 1ml로 잡음)

12. 출력된 흡광도 그래프를 사진을 찍거나, excel로 export 하고 최대 흡광도가 나타나는 파장을 교과서와 비교하여 청록색 부분의 색소가 어떤 종류인지 알아냈다.

4.Result

크로마토그라피 종이 사진, Rf 값, 흡광도 그래프(사진이나 엑셀export), 결과에 대한 설명

5.Discussion

1. 여러 가지 색소가 서로 다른 색을 띠는 원리는 무엇인가?

2. 식물이 서로 다른 종류의 색소를 가질 때, 광합성 시 얻을 수 있는 이점은 무엇일까?

식물은 각 색소마다, 다른 영역의 파장의 빛을 이용하여 광합성을 한다. 식물이 서로 다른 종류의 색소를 가지기 때문에, 일정 부분의 파장이 부족하더라도, 다른 파장을 통해 광합성을 하여 생존할 수 있는 장점이 있다.

3. 엽록소 추출 시 물 대신 아세톤을 사용한 이유는 무엇일까?

엽록소는 물에 녹지 않고 유기용매에 녹기 때문에 물 대신 아세톤을 사용하였다.

4. 꽃의 색소 분리 결과 꽃의 빛깔을 내는 색소는 무엇이라고 생각되는가?

5. 가을에 잎에 단풍이 드는 이유는 무엇일까?

엽록소는 기온이 낮아질수록 제 기능을 다하지 못하게 된다. 가을에는 기온이 많이 내려가게 되어 엽록소가 활동하지 못하고 빨강이나 노랑색을 띠는 크산토필이나 카로틴이 드러나기 때문에 단풍이 들게 된다.

4. 엽록체의 구조가 광합성에 왜 중요한가?

엽록체는 겹겹이 쌓여 라멜라구조를 함으로써 틸라코이드막의 표면적을 증가시켜 광합성 색소를 삽입시키기 위한 공간을 증가시키는 역할을 합니다.

따라서 광합성이 더 잘 일어날 수 있게 도와주는 구조를 갖추고 있습니다.

3. 각 색소의 분자구조와 Rf 값(이동거리) 사이의 연관관계에 대해  고찰해보자.

색소                   분자량        전개율(Rf)   Rf값은 분자량과 관계가 있는데, 분자량이 클 수록 가는 데 오래걸리므로 이동거리가 작아 Rf값이 작아집니다.

카로틴(적색)          536                 0.95

크산토필(황색)        568                 0.84

엽록소 a(청록색)      892                 0.36

엽록소 b(황록색)      906                 0.21

6.Reference

1.조교님 PPT서 Introduction, method, materials 참조