7.4 활성산소(ROS) 대응 메커니즘

7.4 활성산소(ROS) 대응 메커니즘

– 수목은 세포를 파괴하는 '산소'로부터 자신을 어떻게 지킬까?

식물이 살아가는 데 필수적인 산소(O₂)는 때로는 내부를 공격하는 독성 물질로 변질됩니다.
고온, 강광, 가뭄, 병해, 오존, 염분 등 환경 스트레스가 가해지면 수목은 정상적인 대사 과정에서 제어되지 않은 산소 분자를 만들게 되고, 이를 활성산소(reactive oxygen species, ROS)라고 부릅니다.

 

ROS는 세포 내 불완전한 산소 대사 결과물로,적절한 수준에서는 신호전달자 역할을 하지만 농도가 높아지면 세포막, 단백질, DNA까지 손상시키는 매우 위험한 독성 물질이 됩니다.

1. 활성산소(ROS)란?

활성산소는 전자 하나가 부족하거나 과잉인 불안정한 산소 화합물로, 다른 세포 구조물을 산화시켜 손상시키는 물질입니다.

주요 활성산소 종류

종류	기호	설명
초과산화물	O₂⁻	광합성·호흡 중 생성, ROS 반응의 출발점
과산화수소	H₂O₂	막 투과 가능, 넓게 확산되어 산화 손상 유발
수산화 라디칼	•OH	가장 반응성 강함, DNA·지질·단백질 직접 파괴
일중항산소	¹O₂	고광 조건에서 클로로필로부터 생성

 

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2. ROS 생성 요인과 위치

생성 위치

• 엽록체 (광합성 과정 중 빛 과잉 시) : 광계 II에서의 광과잉 → 일중항산소(¹O₂), 초과산화물(O₂⁻) 생성
• 미토콘드리아 (호흡 과정 중 전자 누출) : 호흡계 전자전달계의 누출 → O₂⁻
• 페록시좀 (지방산 대사 중 H₂O₂ 발생) : 과산화수소(H₂O₂) 생성 중심지

발생 요인

자극	결과
강광	전자 수용체 포화 → 엽록체 ROS 생성
가뭄·고온	호흡 효율 저하 → 미토콘드리아 ROS 누출
염분·병해충	세포막 교란 → 산화 스트레스 가중
대기오염 (오존 등)	직접 ROS 생성 또는 간접 유도

 

ROS는 다음과 같은 방식으로 나무의 생명 구조를 파괴합니다.

• 세포막 지질의 과산화 → 세포막 붕괴
• 단백질 산화 → 효소 기능 상실
• 핵산 손상 → 돌연변이, 세포사멸 유도
• 색소 파괴 → 엽록소 및 안토시아닌 변성
• 광합성 장애 → 광계 II 파괴, ATP 생성 저해

특히 수산화 라디칼(•OH)은 가장 강한 산화력을 가지며, 세포 내에서 자유롭게 이동하지 않고 즉각적인 조직 파괴를 일으킵니다.

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3. 수목의 ROS 대응 메커니즘

수목은 ROS를 감지하고, 이를 해독하거나 회피하기 위한 정교한 방어 시스템을 갖추고 있습니다.

1) 항산화 효소 시스템 (Enzymatic Antioxidants)

효소	작용
SOD (Superoxide Dismutase)	O₂⁻ → H₂O₂로 전환 (독성 감소)
CAT (Catalase)	H₂O₂ → H₂O + O₂ (산소로 분해)
APX (Ascorbate Peroxidase)	아스코르빈산 이용해 H₂O₂ 제거
GPX (Glutathione Peroxidase)	글루타티온을 사용해 ROS 환원

 

→ 이들 효소는 엽록체, 미토콘드리아, 세포질, 퍼옥시좀 등 세포 전역에 존재하며 다중 방어체계를 구성함.

 

2) 비효소 항산화 물질 (Non-enzymatic Antioxidants)

항산화 물질	역할
아스코르빈산 (Vitamin C)	ROS 직접 소거
글루타티온	전자공여자로 작용, S-환원 회복
플라보노이드, 안토시아닌	색소이자 산화 방지제 역할
카로티노이드	광에너지 과잉 흡수 억제

 

비효소 물질은 특히 광스트레스와 색소 손상 방지에 큰 역할
특히 잎이 붉거나 보라색을 띠는 수종(단풍나무, 자엽벚나무 등)은 안토시아닌이 풍부해 ROS에 대한 내성 내성·회복력이 우수합니다.

 

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4. ROS 신호전달의 역할

ROS는 단순한 ‘독성 물질’만은 아닙니다.
수목은 ROS 농도를 ‘환경 스트레스 신호’로 활용합니다.

농도	기능
낮음	신호전달 물질로 작용 (호르몬 분비, 유전자 발현 조절)
높음	세포 자살, 괴사 유도, 조직 손상

ROS는 피해 유발자이기도 하지만, 정보 전달자(signal molecule)이기도 합니다.

• 세포 간 신호 전달 : 주변 조직의 방어 유전자 활성화
• 스트레스 인식 및 대비 : ABA, 에틸렌 분비 유도
• 항산화 시스템 유전자 발현 조절 → 효소 합성 가속화
• 세포 사멸(PCD) 유도: 병원균 침입 시 감염 조직을 고사시켜 확산 방지

일정 농도 이하의 ROS는 수목의 생리 반응을 통제하는 생체신호의 일부

상처 부위에서 ROS 농도가 급증하면 방어 물질 유도 및 리그닌 축적

 

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5. ROS와 수목 스트레스 관리

상황	적용 전략
고광 환경	그늘 조성, 수분관리 → ROS 생성 억제
병해 피해 예상 지역	항산화 효소 활성 유도제 (예: 살균성 미량요소)
이식 직후	스트레스 억제제, 항산화 물질 포함 영양제 사용
고온·가뭄기	시기별 전정 제한, ROS 증가 억제 필요
도시 미세먼지 지역	카로티노이드, 안토시아닌 풍부한 수종 고려 (은행나무 등)

 

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6. 수목은 내부에서 끊임없이 ‘자기 보호’를 하고 있다

항목	내용
ROS 종류	O₂⁻, H₂O₂, •OH, ¹O₂ 등
주요 발생 원인	고광, 고온, 가뭄, 오염, 병해
방어 시스템	항산화 효소 + 비효소 물질
실무 활용	스트레스 조절, 식재 시기 조정, 항산화제 활용

 

식물이 햇빛을 받는 그 순간, 잎 속에서는 산소의 얼굴을 한 공격자(ROS)와 이를 막기 위한 생화학적 방패(항산화 시스템)의 전쟁이 벌어집니다.

ROS 대응 매커니즘을 이해하면, 단지 나무를 심는 데 그치지 않고, 나무가 스트레스에 잘 견디고 회복할 수 있도록 도울 수 있는 진짜 관리자가 될 수 있습니다.