작용 스펙트럼

작용 스펙트럼은 빛의 파장에 따른 특정 생리 반응 활성의 상대적 효과를 나타내는 그래프이다.¹⁾ 작용 스펙트럼을 통해 어떠한 빛의 파장에서 특정 생리 반응 활성이 가장 효과적으로 나타나는지를 확인할 수 있다. 대표적인 예로서 식물의 광합성에 대한 작용 스펙트럼을 들 수 있는데, 이러한 광합성 작용 스펙트럼은 식물의 엽록체에 들어 있는 광합성 색소인 엽록소 및 카로티노이드의 종합적인 흡수 스펙트럼과 거의 일치한다. 

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생명체의 광반응은 광수용체 또는 색소의 광흡수반응을 통해 유도된다. 작용 스펙트럼은 특정 광반응을 매개하는 광수용체 또는 색소의 특성을 파악할 때 매우 유용하게 활용될 수 있다. 빛에 반응하는 생리적 현상이라면 모두 작용 스펙트럼을 구할 수 있고, 이를 통해 어떠한 광수용체 또는 색소가 해당 광반응과 관련되어 있는지를 유추할 수 있다.²⁾ 이는 특정 반응의 작용 스펙트럼이 해당 광반응의 광수용체 또는 색소의 흡수 스펙트럼(absorption spectrum)과 유사하기 때문이다.

특정 생리 반응의 작용 스펙트럼을 얻기 위해서는 파장별로 빛을 쬐어줄 수 있는 시설 및 장치가 필요하다. 대표적인 시설의 예로서 Okazaki Large Spectrography를 들 수 있다.³⁾ 작용 스펙트럼을 구하기 위해서는 파장별 빛을 여러 광량에 따라 쬐어주면서, 특정 생리 반응을 측정해야 한다. 해당 생리 반응 정도를 상대값으로 계산하여, 가장 효과적인 파장의 효과를 1 혹은 100%로 설정한다. 이를 통해 해당 반응을 유도하는 다른 파장의 상대적 광량을 계산할 수 있는데, 이는 유효성(effectiveness) 또는 효능(efficacy) 등의 수치로 변환되어 표시되며, 작용스펙트럼의 Y축 값이 된다. X축은 쬐어준 빛의 각 파장값이다. 

식물의 광합성은 빛의 파장에 따른 작용 스펙트럼을 이해하는 좋은 예이다. 식물의 광합성은 엽록체에서 일어나고 빛을 흡수하는 색소가 관여한다. 엽록체에는 광합성에 필요한 빛을 흡수하는 색소인 엽록소a/b 와 카로티노이드가 존재하고 있는데, 이들의 흡수 스펙트럼은 유사하기는 하지만 완전히 동일하지는 않다. 이들의 종합적인 흡수 스펙트럼은 광합성에 대한 작용 스펙트럼과 거의 일치한다.  

아래 그림은 광합성을 매개하는 색소들(엽록소a/b 와 카로티노이드)의 흡수 스펙트럼과 광합성 효율을 나타내는 작용 스펙트럼을 나타낸다. 

위,클로로필 a, b와 카로티노이드의 흡수 스펙트럼. 아래, 엽록체에서의 광합성 효율에 대한 작용 스펙트럼 (출처: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Par_action_spectrum.gif )

1. Setlow R (1957) Action spectroscopy. Advances in biological and medical physics, 5: 37-74
2. Schäfer E, Fukshansky L (1984) Action spectroscopy. In: Techniques in Photomorphogenesi(eds H Smith & MG Holmes). Academic Press, New York,
3. Watanabe M, Furuya M, Miyoshi Y 등 (1982) Design and performance of the Okazaki large spectrograph for photobiological research. Photochemistry and Photobiology, 36: 491-498