작물의 내동성 이해하기 [손해평가사]

 

㉮ 원형질의 수분투과성이 크면 왜 세포내 결빙이 적게 되는 건가? 

"원형질 수분투과성"이란 원형질막이 얼마나 쉽게 물 분자를 통과시키는지를 나타내는 지표입니다. 원형질막은 세포를 둘러싸고 세포 내부와 외부 환경을 구분하는 역할을 하는 막입니다. 원형질막은 반투과성 막이며, 이는 특정 크기와 이하의 분자만 선택적으로 통과시키는 것을 의미합니다.

 

원형질 수분투과성이 높을수록 세포내 결빙이 감소하는 데에는 두 가지 주요 메커니즘이 작용합니다.

 

첫째, 높은 수분투과성을 가진 원형질막은 세포 내부의 수분이 쉽게 탈수되는 것을 방지합니다. 세포 내부의 수분이 탈수되면 세포 용액의 농도가 높아져 빙점이 낮아집니다. 즉, 동결하기 위해 더 낮은 온도가 필요하게 됩니다.

 

둘째, 높은 수분투과성을 가진 원형질막은 세포 내부의 과냉각 상태를 유지하는 데 도움을 줍니다. 과냉각은 물이 0℃ 이하의 온도에서도 액체 상태를 유지하는 현상입니다. 과냉각 상태에서는 얼음 결정이 형성되기 어려워 세포내 결빙을 늦출 수 있습니다.

 

예를 들어, 양파와 토마토는 높은 수분 함량과 높은 원형질 수분투과성을 가지고 있습니다. 이러한 특징 덕분에 양파와 토마토는 낮은 온도에서도 얼지 않고 오랫동안 보관될 수 있습니다.

 

따라서, 원형질 수분투과성은 작물의 내동성에 중요한 역할을 합니다. 높은 수분투과성을 가진 작물은 세포 내부의 수분 손실을 방지하고 과냉각 상태를 유지하여 낮은 온도에서도 얼지 않고 오랫동안 보관될 수 있습니다. 이는 식물이 추운 환경에서도 생존할 수 있게 돕는 중요한 특성입니다.

 

 

㉯ 원형질 단백질에 -SH기가 많은 것은 -SS기가 많은 것보다 원형질의 파괴가 적다고 하는데 왜 그런가?

 -SH기, 즉 티올 그룹은 단백질 분자 내에서 환원 상태를 유지하며, 이는 단백질이 기계적인 스트레스를 받았을 때 유연성을 제공하고, 분자 간의 결합을 보호하는 역할을 합니다. 이러한 유연성은 단백질이 기계적인 견인력을 받았을 때 분리되기 쉽게 만들어, 원형질의 파괴를 줄이고, 결과적으로 내동성을 증가시킵니다.

 

반면에 -SS기, 즉 이황화 결합은 단백질 분자 내에서 더 강한 결합을 형성하여 구조를 고정시킵니다. 이는 단백질이 외부 스트레스에 대해 덜 유연하게 반응하게 만들어, 기계적인 견인력에 의해 분리되거나 손상될 가능성이 더 높아집니다. 따라서 -SS기가 많은 단백질은 원형질의 파괴를 증가시킬 수 있으며, 내동성이 감소할 수 있습니다.

 

㉰ 원형질의 점도가 낮으면 왜 기계적 견인력을 덜 받는가? 견인력을 덜 받으면 왜 내동성이 증가하는가?

 

 

㉱ 원형질의 탈수저항성이 커지면 왜 세포의 결빙이 경감되는가? 그 반대 아닌가?

 

 

㉲ 지유 함량이 높으면 왜 내한성이 강해지는가?

 

 

㉳ 당분 함량이 많으면 왜 내한성에 강해 지는가?

 

·  삼투압 상승:  당분 함량이 많은 경우, 세포의 삼투압이 높아집니다. 삼투압은 세포 내부와 외부의 용질 농도 차이에 의해 발생하며, 당분과 같은 용질이 많을수록 삼투압은 높아집니다. 이는 물이 높은 삼투압을 가진 세포 안으로 들어가려는 경향이 있기 때문입니다.

 

·  수분 유지:  높은 삼투압은 세포 내의 수분을 유지하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이는 추위와 같은 스트레스 상황에서 세포를 보호하는 역할을 할 수 있습니다. 세포 내 당분이 많으면, 이는 세포 내의 얼음 결정 형성을 방지하거나 지연시키는 역할을 할 수 있으며, 이는 세포막의 손상을 줄이고 세포의 기능을 유지하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

 

·  원형질 단백질 변성 방지:  원형질 단백질의 변성을 막는 것도 중요한데, 당분은 단백질의 구조를 안정화시키는 작용을 할 수 있습니다. 단백질이 변성되면 세포의 기능이 손상될 수 있기 때문에, 당분은 세포의 기능을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

 

㉴ 전분 함량이 많으면 왜 내한성이 저하되는가?

 

·  에너지원 감소:  전분은 식물의 주요 에너지원이지만, 저온 환경에서는 전분 분해 효소 활동이 감소하여 에너지 생산이 저하됩니다. 이는 세포 기능 유지에 필요한 에너지 부족으로 이어져 내한성을 약화시킵니다.

 

전분은 식물의 주요 에너지 저장 형태이며, 저온 환경에서는 전분을 분해하는 효소의 활동이 감소합니다. 이로 인해 전분에서 에너지를 방출하는 과정이 느려지거나 비효율적이 됩니다.

 

저온 환경에서는 식물의 생리적 반응과 대사 과정이 느려지는 경향이 있습니다. 특히, 전분 분해 효소인 **아밀라아제(amylase)**의 활성이 저온에서 감소하면, 전분을 간단한 당으로 분해하는 속도가 느려집니다. 이 간단한 당은 세포 호흡과 같은 에너지를 요구하는 생리적 과정에 필수적입니다.

 

에너지 생산이 저하되면, 세포는 추위에 대응하기 위해 필요한 에너지를 충분히 생성하지 못하게 됩니다. 이는 세포 기능 유지에 필요한 에너지 부족으로 이어지며, 결과적으로 식물의 내한성, 즉 추위에 대한 저항력이 약화됩니다.

 

또한, 전분은 물에 녹지 않는 비가용성 탄수화물이기 때문에, 세포 내에서 얼음 결정 형성을 방지하는 데 직접적으로 기여하지 않습니다. 반면에, 가용성 당분은 세포 내액의 동결점을 낮추어 얼음 결정 형성을 어렵게 만들 수 있습니다. 따라서, 전분 함량이 많으면 세포 내에서 가용성 당분이 상대적으로 감소하여, 얼음 결정 형성을 방지하는 데 덜 기여하게 되고, 이는 내한성 저하로 이어질 수 있습니다.

 

이러한 이유로, 전분 함량이 많은 식물은 저온 환경에서 에너지 생산이 저하되고, 추위에 대한 저항력이 약화될 수 있습니다. 내한성은 식물이 추위를 견디고 생존하는 데 중요한 특성이므로, 이를 유지하기 위해서는 적절한 대사 조절과 에너지 관리가 필요합니다.

 

 

 

㉵ 조직의 굴절률은 결과로써 나타난 현상인데 어떻게 굴절률이 커지는 것을 내동성이 증대하는 것과 연관지를 수 있는가? 내동성이 증대하는 것이나 조직의 굴절률이 커지는 것은 친수성 콜로이드가 많은 경우 발생하는 결과론적인 내용이지 않는가.

 

 

㉶ 세포의 수분함량이 높으면 왜 자유수가 많아 지는가?

 

 

㉷ 칼슘이온과 마그네슘 이론은 어떻게 세포내 결빙을 억제하는가?