식물 아미노산 3
더 알고 싶으세요?
원래는 비료 관련한 일반적인 내용을 쉽게 풀어갈 요량으로 일천한 지식을 조심스레 적어가다가 모처럼 아미노산에 대한 좀 상세한 설명을 드렸더니 여러분들이 많은 질문을 해주셨습니다.
그래서 아예 미국의 자료를 인용하여 제대로 한 번 정리해드리고자 합니다(출처 : 미국 Aptus사)
아미노산은 무엇인가요?
아미노산은 지구 상 모든 생명의 기본 구성단위로서 많은 생물학적 시스템의 중요 기능에 관여하고 있습니다. 아미노산이 없다면 생명체는 형성될 수도, 존재할 수도 없을 정도로 매우 중요합니다. 우리는 아미노산이 식물의 발달에서 구체적 역할은 무엇인지 살펴볼 것이며 우선 어떠한 아미노산이 있는지 살펴보겠습니다.
여러 가지 방법으로 분류되는 500가지의 아미노산이 알려져 있습니다만, 간단하게 다음과 같이 살펴보겠습니다.
필수, 표준, 비필수
대부분 과학자들은 약 20종(혹자는 21~23종을 주장하지만)의 기준 아미노산들이 생명 유지에 필요하다고 합니다. 나머지 아미노산들은 착향제, 첨가제 등 산업적 용도로 사용됩니다. 이처럼 항상 예외는 있고, 계속 더 연구되고 있습니다.
‘필수 아미노산’이라는 단어를 자주 들어보셨을 겁니다. 이는 인체용 필요에 의한 언급인데, 여기에 속하는 아미노산들은 사람의 체내에서 스스로 합성되지 않아 반드시 외부에서의 공급을 통해 얻어야 하기 때문입니다.
이에 반해 대부분의 식물들은 자기들이 필요로 하는 아미노산들을 모두 스스로 합성할 수 있는 능력이 있습니다. 그러나, 이는 에너지가 많이 소요되는 과정이기 때문에, 엽면시비나 뿌리 급여를 통해 바로 사용 가능한 L형 아미노산을 공급하는 것이 매우 좋은 방법입니다.
다음 열거하는 것들이 표준 아미노산들입니다.
L-Alanine / L-Arginine / L-Asparagine / L-Aspartic acid / L-Cysteine / L-Glutamic acid
L-Glutamine / Glycine (오직 L형만 있음) / L-Histidine / L-Isoleucine / L-Leucine / L-Lysine
L-Methionine / L-Phenylalanine / L-Proline / L-Pyrrolysine / L-Selenocysteine / L-Serine
L-Threonine / L-Tryptophan / L-Tyrosine / L-Valin
L형과 D형? 왼쪽과 오른쪽
아미노산을 이해하기 위한 가장 중요한 개념은 L-아미노산(왼손)과 D-아미노산(오른손)의 차이입니다. 이 주제는 기술적, 과학적이며 아직 완전히 알려지지 않은 부분이 있습니다만, 확실한 점은 (매우 드문 예외를 제외하고) 오로지 왼손형(L-아미노산) 만이 자연계(생물)에 존재하면서 사용되는 형태라는 것입니다. 이 효과는 ‘비대칭성(거울 이미지)’로 알려져 있습니다.
"L"의 경우 실제로는 "왼쪽"이 아닌 "leavo”를 의미합니다. 다른 종류인 D-Amino acids의 "D"는 "Dextro”를 나타냅니다. 두 유형의 아미노산은 정확히 같은 분자구조를 가지지만 실제로는 거울에 비친 것과 같이 좌우가 바뀐 형태입니다. 양 손의 뼈, 혈관 손가락은 동일하지만, 왼손용 장갑을 오른손에 낄 수 없는 것이 이 차이에 대한 좋은 설명입니다.
생명체가 아미노산을 사용하기 위해서는 이러한 분자들은 수용체에 정확히 맞아야 합니다. 그 이유는 왼손잡이 유기체 생물이 오른손잡이의 아미노산을 사용할 수 없기 때문입니다. L-아미노산은 오직 효소 가수분해 같은 천연 유기 분해 과정에서만 생성됩니다. 이에 반해 합성 생산된 단백질은 D-아미노산을 생산하며, 이는 생명 관련 기능이 아니라 다른 기능에 사용됩니다.
효소 가수분해는 효소와 유기물이 결합, 가열되는 과정입니다. 유기물은 기본 구성 요소 (L- Amino acids)까지 부숙 됩니다. 이 과정은 비용이 비싸고 특별한 장치를 필요로 하지만 고순도의 생명 친화적 L- 아미노산 생산을 보증합니다. 이는 체인 길이로 분류되기도 하는데 그것은 나중에 언급하겠습니다.
L-아미노산은 식물에서 많은 역할을 합니다
건강하고 동식물이 잘 자라는 생태계의 천연의 토양환경에서 식물은 유기물 부숙 과정에서 아미노산을 흡수하고 필요할 경우 스스로 합성하기도 합니다.
안타깝게도 현대의 농업은 건강한 토양환경을 파괴했고 자연적으로 발생하는 아미노산은 충분한 수준까지 도달하지 않는 경우가 생겼습니다. 그리고 만약 식물이 아미노산의 생산에 에너지 소비를 늘린다면, 에너지를 더 바람직한 기능에 쏟아 붓기 어렵게 됩니다.
아미노산이 식물체 내에서 그들의 본질적 기능을 수행하려면, 우선 생물학적 이용 가능한 형태가 되어야 합니다. 단순히 식물에 아미노산을 시비하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 뿌리 또는 조직을 통해서 흡수되기 위하여는 아미노산은 FREE FORM(유리 아미노산) 또는 짧은 peptide(펩티드) 형태여야만 합니다. 만약 긴 사슬로 결합하는 경우, 분자들은 식물 조직에 침투하기에 너무 크게 됩니다.
일반적으로 식물에서의 아미노산 기능은 끝이 없으며 과학은 끊임없이 더 많은 것을 발견하고 있습니다. 몇 가지 중요한 효과는 다음과 같습니다.
엽록소 생산의 증대 / 유기 질소의 풍부한 공급원 / 비타민 합성을 자극 / 다양한 효소 시스템에 영향
개화 촉진 / 착과 증대 / 과일의 착색, 영양, 크기, 풍미 증대 / 당도 증대 (품질 향상) /
해충과 병원균 저항력 증대
단백질 생합성
아미노산은 단백질의 기본 구조입니다. 표준 아미노산들은 셀 수 없이 많은 다른 단백질을 생성하기 위해 무한히 변형하여 결합합니다. 이 단백질들은 식물 조직의 많은 구성성분으로서 필수적입니다.
단백질은 다양한 기능을 가지고 있습니다. 구조적인 (지지), 대사 (효소 및 자극), 영양소 수송, 아미노산 비축. 사실상 단백질은 거의 모든 생물학적 과정에 사용되고 있습니다!
식물은 특정 성장단계, 영양상의 수요 그리고 스트레스 등에 따라 단백질을 자급할 수 있습니다. 식물들에게 원료가 제공되면 식물들은 효과적으로 필요한 단백질을 만들 수 있습니다.
그리고 아미노산을 만드는 것은 에너지가 많이 소모되는 과정입니다. 그래서 뿌리 또는 잎 조직을 통해 추가적으로 L- Amino acids을 공급하는 것은 식물이 중요한 단백질을 합성하기 위해 충분한 자원을 확보함을 의미합니다.
비 생물적 스트레스에 대한 저항
화학농약 사용에서 오는 식물 독성 효과, 고온, 저온, 가뭄, 홍수, 해충의 공격 질병 등의 비 생물적 스트레스는 식물체내의 대사에 부정적인 영향을 미칩니다. 물론 이것은 작물의 품질과 수확량을 저하시킵니다. 스트레스 상태 이전, 진행 중, 이후의 아미노산 보충은 식물의 단백질 블록에 직접적인 예방 및 치료 효과를 제공합니다.
식물이 스트레스 조건에 있을 때의 아미노산 합성은 에너지가 많이 소비되는 과정이기 때문에 아미노산의 자가 생산은 늦어집니다. 대신 식물은 필요한 아미노산을 얻기 위해 기존의 단백질을 분해합니다. 이 과정은 처음부터 당을 합성하는 과정보다 적은 에너지를 필요로 합니다만, 다른 의미에서는 아미노산이 추가로 보충되지 않는 한 식물은 자기 자신을 원료화 할 수 있음을 의미합니다.
비생물적 스트레스시 식물은 스트레스의 영향을 줄이고 회복 시간을 단축하기 위해 L- Proline 생산을 증가시킵니다. L-Proline은 주로 악천후와 같은 다양한 스트레스에 대한 저항력과 세포벽의 강도에 영향을 미칩니다.
광합성
광합성은 식물의 가장 중요한 화학적 과정입니다. 식물은 이산화탄소, 물 그리고 빛 에너지로부터 당류를 합성합니다. 당(탄수화물)은 식물의 다른 대사 과정의 에너지원으로 사용됩니다. 이 중요한 기능은 아미노산의 영향을 받습니다.
L-Glycine과 L-Glutamic acid은 엽록소 합성과 조직 형성에 필수적인 대사물질입니다. 이러한 아미노산은 식물의 엽록소 농도를 상승시킵니다. 더 많은 엽록소는 빛 에너지를 더 많이 흡수하여 결국 광합성이 증대됨을 의미합니다.
안정적인 유기 질소원
흔히 언급되는 식물용 질소 형태는 질산태(NO3)와 암모늄태(NH 4)입니다. 질소는 자연적으로 가스이며 토양에서 쉽게 침출 되므로 양분으로 공급하기에 매우 어렵습니다. 대부분의 상용 비료는 이 두 형태의 질소를 대량으로 함유하고 있습니다. 식물별로 선호도가 다르긴 하지만, 식물은 손쉽게 두 형식을 모두 사용합니다.
그러나 잘 언급되지 않는 다른 질소원도 있습니다. 논의가 부족한 이유는 더 많은 연구가 필요하기 때문일겁니다. L-Amino acids과 같은 유기물은 유기질소를 함유하고 있습니다. 일단 식물 내로 흡수되면, 이 유기질소는 방출되어 식물이 사용합니다.
식물이 흡수한 질소 일부는 단백질과 아미노산 합성에 사용되기 때문에, 이를 즉시 사용할 수 있는 형태로 제공한다면, 식물은 단백질과 아미노산 합성을 위한 질산염과 암모늄을 더 적게 필요로 하게 됩니다. 왜 이것이 중요할까요? 모든 일이 그렇듯이, 한쪽에서의 과잉은 다른 쪽에서의 문제를 일으킵니다.
과도한 질산염은 특히 발육 및 세포 신장을 촉진하는 경향이 있습니다. 세포 형성이 급속화되면서 세포벽이 늘어나고 가늘어집니다. 조직이 이렇게 약해지면 해충 침입의 완벽한 대상이 됩니다. 옥수수 같이 빨리 자라지만 약한 농작물을 주변에서 확인할 수 있습니다. 또한 과도한 암모늄은 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등의 다른 중요한 미네랄에 대해 길항작용을 일으킵니다.
질산염이 균형 상태에 있으면서 유기원에 의해 질소가 제공되는 경우에는 세포가 보다 자연스럽고 튼튼한 모양으로 성장하는 경향이 있습니다. 이것은 스트레스와 외부 충격에 보다 강하고 건강한 식물과 세포를 만듭니다.
L- 아미노산에 의해 공급된 유기질소는 또한 토양에 오래 붙어있으면서 유실이 잘 안 되는 경향이 있습니다. 그래서 비료 요구량도 적어지게 됩니다.
기공들은 식물의 수분 균형을 조절하는 세포조직입니다. 이들은 또한 증산(잎에서의 호흡) 및 다량 요소와 미량요소 흡수 시에도 사용됩니다. 기공의 개폐는 외부 요인들과 (빛, 습도, 온도 및 염분 농도) 내부 요소 (아미노산, 사용 가능한 칼륨 등)에 의해 제어됩니다.
기공은 적은 빛과 수분, 높은 염분과 온도의 조건에서 닫혀 있습니다. 기공이 닫혀 있으면 광합성과 증산이 감소되고 호흡이 증가하게 됩니다. 이렇게 되면 식물의 신진대사 균형을 떨어뜨리고 식물 성장을 늦추거나 중지시키기도 합니다. L- Glutamic acid는 기공의 개폐를 증가시키는 공변세포를 위한 삼투압 조절 역할을 합니다.
미네랄 킬레이트화
아미노산의 가장 중요한 역할 중 하나는, 양분의 생리 유용도를 증가시키는 것입니다. 특정 영양소는 분자 구조, 이온 전하 등의 이유로 식물에 흡수될 수 없습니다. L- Amino acids(그리고 다른 유기산)은 이용 불가능한 미네랄을 숨기는 작용을 하므로, 식물이 이러한 미네랄을 흡수하고 수송하는데 도움이 됩니다.
이러한 아미노산 킬레이팅을 통해서, 양분 용액이나 생육 배지 안에 존재하는 전체적인 양분들은 식물체 내로 흡수, 이동이 가능해집니다. 또한 아미노산은 기공 속에 미네랄을 수송하는 역할도 하므로 보다 효과적인 엽면시비를 가능하게 합니다.
L- Glycine과 L- Glutamic acid는 낮은 분자량 때문에 매우 효과적인 주요 킬레이트 물질로 알려져 있습니다. L- Glycine과 L- Glutamic acid의 크기는 세포막을 통한 이동에 용이합니다.
좋은 영양소의 이용 가능성을 증대시킴과 함께, 아미노산은 과잉의 금속 성분들과 결합하여 식물과 토양의 금속 독성을 저감 시킵니다. 이것은 배지 내 다양한 요소들의 균형에 도움이 됩니다.
식물의 호르몬과 성장인자의 전구체
일부 아미노산은 다양한 식물 호르몬과 다른 성장 화합물의 전구체입니다.
L- Methionine은 에틸렌 (과일과 꽃의 숙성을 위해 중요)과 Espermine, Espermidine과 같은 다른 성장인자의 전구체입니다.
L- Tryptophan은 옥신 합성의 전구체입니다.(효소 가수분해로 생산된 경우에만 사용 가능) Indole -3- Acetic (필수 뿌리 성장 호르몬)은 L-Tryptophan을 필요로 합니다.
L- Arginine은 Cytokinin 생산의 전구체입니다.
일부 아미노산은 유전자 발현에 영향을 줍니다. (식물체의 활동 명령)
수분 및 과일의 형성
아미노산은 식물의 신진대사 활동 최성기에 광범위하게 사용되고 있습니다. 수분 및 과실 형성은 식물의 가장 중요한 생육 시기로서 대사활동이 매우 높아집니다.
L- Histidine은 과일 숙성에 도움이 됩니다.
L- Proline은 꽃가루의 임실률을 증가시킵니다.
L- Lysine, L- Methionine, L- Glutamic acidsms 꽃가루 발아, 화분관 길이 신장을 유도합니다.
L- Alanine, L- Valine, L- Leucine은 과일의 품질을 향상합니다.
생육 배지에서의 미생물 활동
모든 생명체들이 아미노산의 영향을 받기 때문에, 뿌리와 뿌리 주변에 사는 모든 작은 미생물들도 이에 포함됩니다. 이러한 미생물들은 식물이 그러듯 많은 아미노산을 이용합니다.
일부 아미노산은 구조 요소 및 단백질 합성을 위한 구성체로 사용됩니다. 다른 것들은 다양한 호르몬과 성장 화합물의 생산을 위한 자극제로 사용되고 있습니다.
예를 들어, L- Methionine은 미생물의 세포막을 안정화시키는 성장인자의 전구체입니다. 일부 미생물은 유기질소와 단백질의 공급원으로 아미노산을 소비합니다.
추가적으로 토양 중 아미노산은 풍부한 유기물원을 제공하여 토양 구조, 비옥도, 보수력을 높이는 데 기여합니다.
자, 여기까지 전해드립니다. 아무래도 외국 자료를 그대로 번역한 탓에 좀 딱딱하네요. 시중의 제품 구별 등에 대한 자세한 얘기는 하지 않겠습니다만, 그 팁은 이미 위 자료에 충분히 언급되어 있습니다.
단, 어떤 제품이든 마치 그것 하나로 만병통치될 것처럼 홍보한다면 이는 경계대상 1순위입니다. 아미노산, 부식산, 풀빅산, 미생물제 등 Biostimulant는 반드시 식물의 필수 영양소 12가지와 조화되었을 때 그 진가를 발휘할 수 있습니다.
