세균엽록소

세균엽록소는 세균의 광합성, 특히 산소비발생 광합성세균의 광합성에 필요한 색소이며, 녹색식물의 엽록소와 마찬가지로 테트라피롤의 고리 구조를 가지고 있고 고리 가운데에 마그네슘(Mg)이 위치한다¹⁾. 테트라피롤은 시토크롬의 근간을 이루는 구조이기도 하지만 시토크롬은 엽록소나 세균엽록소와는 달리 중심부에 마그네슘 대신 철이 위치하는 점이 다르다.

목차

세균엽록소의 고리 구조 주변에는 소수성의 알코올 그룹인 파이톨(phytol)을 비롯하여 다양한 잔기들이 부착되어 있으며(R1-R7), 이의 조합에 따라 다양한 구조의 세균엽록소가 알려져 있고, 각 종류마다 흡수하는 파장 역시 다르게 나타난다. 파이톨은 탄소 20개로 구성된 긴 사슬의 알코올이며 엽록소가 막구조에 안착될 수 있도록 한다¹⁾.

그림 1. 세균엽록소. 세균엽록소의 종류에 따라 R1-R7의 위치에 다양한 그룹이 부착됨. ()

7개의 잔기 중 R6의 경우 다른 위치와는 달리 긴 사슬의 파이틸(phytyl, C₂₀H₃₉), 파네실 (farnesyl, C₂₅H₂₅), 또는 제라닐제라뇰(geranylgeraniol, C₂₅H₂₅) 그룹이 에스터 결합으로 연결되어 있는데, 세균엽록소 c의 경우만 예외적으로 스테아릴(C₂₅H₂₅) 그룹이 알코올 결합으로 연결되어 있다. R3과 R4가 각각 결합하는 탄소 사이에는 경우에 따라서 이중결합이 올 수도 있고 단일결합으로 연결되어 있을 수도 있다.

현재까지 알려진 세균엽록소는 a, b, c, cs, d, e 및 g 이며, 각각의 세균엽록소가 나타내는 최대흡수파장 및 광합성 세균군에 따른 분포는 다음과 같다¹⁾²⁾³⁾.

엽록소 a가 적색과 청색 부근의 파장을 흡수하여 녹색 파장을 발산하여 녹색을 띄는 반면 많은 세균엽록소는 적외선 영역(710-850nm), 또는 이보다 긴 파장의 빛을 흡수할 수 있고 이로부터 다양한 파장의 빛을 발산한다. 세균엽록소는 광합성 세균군에 따라 다양한 유형의 광합성 복합체를 형성하는데 이때 복합체를 구성하는 단백질이 어떻게 배열하는지에 따라 흡수 파장이 달라질 수 있다¹⁾.

녹색식물이나 남세균의 경우 엽록소가 틸라코이드(thylakoid)막에 위치하는 것과 달리 세균엽록소는 세포막이 함몰되어 이루어진 구조인 세포내막(internal membrane)에 자리잡고 있으며 이는 광합성세균 종류에 따라 과립 형태인 색소포(chromatophore)나 겹막 형태인 라멜라(lamella) 구조로 나타난다.

세균엽록소의 다양성은 환경에서 서로 다른 파장의 빛을 각각 사용할 수 있음을 말해주며, 다양한 광합성 세균군이 한정된 빛 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다는 측면에서 중요성을 가진다. 그리고 녹색식물이나 남세균이 보유한 엽록소 a나 b가 430-450nm 및 640-660nm 부근에서 최대 흡수파장을 보이는데 비해 세균엽록소들은 전반적으로 이보다 더 긴 파장의 빛을 흡수할 수 있으며 세균엽록소의 종류에 따라 1000nm 이상의 파장을 흡수할 수도 있다. 이는 산소 비발생 광합성이 혐기적 환경에서 일어나는 것과 연관되며, 해당 광합성 세균이 보다 깊은 수심에서 생장하는 데 중요한 요인이 된다. 또한 독립영양을 위해 황화합물을 필요로 하는 광합성 세균의 경우에도 이들 화합물이 생성될 수 있는 수심이 깊고 무산소 상태인 환경에서 서식하기 위해 긴 파장의 빛을 흡수하는 데 필요한 세균엽록소를 가지는 것이 중요하다.

김승범/충남대학교

조장천/인하대학교

1. Madigan et al. 2015. Brock Biology of Microorganisms, 14th edition. Pearson.
2. Boone, R.B., Castenholtz, R.W. (eds). 2001. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, vol. 1. 2nd edition. Springer.
3. Brenner, D.J. et al. (eds). 2005. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, vol. 2. 2nd edition. Springer.