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  • 농약이 유해생물에 독성을 일으키기 위해서는 생물이 생명을 유지하는데 필수적인 기능들의 일부를 정지 또는 교란시키는 효과가 있어야 하며, 농약에 의해 공격을 받는 생체 내의 특정부 위를 작용점(作用點, target site)이라 하고, 독성을 유발시키는 일련의 체계적인 과정(생화학적 경로)을 작용기구(作用機構, mode of action)라고 한다(표 1-2). 새로운 모화합물(lead compound)이 찾아지면 그로부터 유사한 화합물이 합성되므로, 농약의 작용기구는 각각의 화학적 구조와 상당한 관련이 있다.

(1) 살균제의 작용기구

(가) 작용점 및 작용점 도달
  • 1 ) 작용점 병원균은 단세포 생물이므로 조직학적 작용점은 없음
  • 2 ) 작용점 도달
      - 병원균의 세포벽은 wax와 단백질로 구성되어 있으므로, wax와 잘 결합할 수 있는 친유 성기 및 단백질과 친화성이 있는 친수성기를 분자구조 내에 동시에 갖고 있어야 함
      - 병원균의 표면은 전기적으로 음전하를 띠고 있으므로, 양전하를 갖고 있는 물질(금속 원소)을 함유하는 살균제는 균체 내로 쉽게 들어갈 수 있음
표 1-2. 농약의 작용기구 (요약)구분, 살균제, 살충제, 제초제로 구성
구분 살균제 살충제 제초제
호흡 저해
(에너지 생성 저해)
- SH기(해당, TCA cycle)
- 전자전달(complexⅠ~Ⅲ)
- 수소이온 농도구배(탈공역)
- ATP 합성효소
- SH기(해당, TCA cycle)
- 전자전달(complexⅠ~Ⅳ)
- 수소이온 농도구배(탈공역)
- ATP 합성효소
- 수소이온 농도구배(탈공역)
세포벽 생합성 저해 - trehalase (glucose 생성)
- chitin 생합성
- cellulose 생합성
- melanine 생합성
-chitin 생합성(체벽) -cellulose 생합성
세포막 생합성 및
기능 저해
- 인지질(phosphatidyl choline) 생합성
- ergosterol 생합성
-기능 교란(투과성 등)
- 지질
- 중장 상피세포막
- 지질
생합성 저해 - 핵산 및 nucleotide
 · RNA polymerase
 · DNA topoisomerase
 · adenosine deaminase

- 아미노산
 · methionine

- 단백질(합성 개시, 신장, 종료기)
  - nucleotide
- 아미노산
 · acetolactate synthase
 · shikimic산 생합성 (EPSP synthase)
 · glutamine synthase신경기능
신경기능 저해   - 신경축색 전달
- synapse 전막
- acetylcholinesterase
- 신경전달물질 수용체
- Ryanodine 수용체
 
광합성 저해     - photosystem(PS) Ⅱ 전자전달
- photosystem(PS) Ⅰ 전자전달
- carotenoid 생합성
- chlorophyll 생합성
생합성세포분열 저해 - microtubule 생합성
- spectrin 정위
  - microtubule 생합성
- 세포분열(방추사 형성 등)
호르몬 기능 교란   - 유약호르몬(JH) 작용
- 탈피저해 작용
- 식물호르몬 작용
신호도입 저해 - 삼투압 신호전달 효소    
병저항성 증대 - 전신획득저항성(SAR)    
섭식 저해   - 진딧물 아사  
(나) 작용기구 〔FRAC(Fungicide Resistance Action Committee)의 분류에 의함〕
  • A. 핵산합성 저해 (nucleic acids synthesis Inhibition)
      - 핵산의 생합성을 위해서는 여러 가지 단백질이 필요하며, 살균제의 작용점이 되는 것은 DNA topoisomerase, DNA/RNA polymerase, adenosine deaminase 등이다(그림 1-2).
    DNA/RNA 복제과정 모식도
    그림 1-2. DNA/RNA 복제과정 모식도
  • A1. RNA polymerase Ⅰ을 저해하는 것으로 PA(Phenyl Amides)로 알려진 아실알라닌계 (acylalanines)인 메탈락실, 메탈락실-엠, 베날락실-엠과 옥사졸계(oxazolidinones)인 옥사딕실 등이 국내에서 사용되고 있다.
    메탈락실, 베날락실-엠, 옥타딕실의 분자구조
  • A2. adenosine deaminase를 저해(purine nucleotide 생성 억제)하는 것으로 hydroxy-(2-amino) pyrimidine계 살균제인 bupirimate, ethirimol 등이 있으나 국내에는 사용 되지 않음.
  • A3. 핵산합성저해제로 추정되는 것으로 아이속사졸계(isoxazoles)인 하이멕사졸이 국내 에서 사용되고 있다.
  • A4. DNA topoisomerase를 저해하는 것으로 카복실릭산계(carboxylic acid)인 옥솔린산이 국내에서 사용되고 있다.
    하이멕사졸, 옥솔린산의 분자구조
  • B. 세포분열(유사분열) 저해 (mitosis and cell division inhibition)
      - 세포분열에 필요한 방추사(spindle)의 구성체인 microtubule의 생합성을 저해하거나, 세포 내 골격 형성 단백질(cytoskeletal protein)인 spectrin(또는 spectrin 유사 단백질)의 정위(定位)를 저해(delocalisation)하는 것이다(그림 1-3).
    튜블린과 마이크로튜블(좌), 스펙트린 정위 모식도
    그림 1-3. 튜블린과 마이크로튜블(좌), 스펙트린 정위 모식도
  • B1. microtubule의 생합성 과정 중 β-tubulin subunit에 결합하여 α, β-dimer 형성을 저해하는 것으로 MBC(Methyl Benzimidazole Carbamates)로 알려진 벤지미다졸계(benzimidazoles)인 베노밀, 카벤다짐, 티아벤다졸과 티오파네이트계(thiophanates)인 티오파네이트, 티오파네이트메틸 등이 국내에서 사용되고 있다.
    베노밀, 티오파네이트메틸, 디에토펜카브의 분자구조
  • B2. β-tubulin subunit에 결합하여 microtubule의 생합성을 저해하는 것으로 페닐카바메이트(N-phenyl carbamate)계인 디에토펜카브가 국내에서 사용되고 있다. protien 4.1actintropomyosin β-spectinα-spectinglycoprotein Cconstruction of Microtubulesfrom α & β Tubulins
  • B3. β-tubulin subunit에 결합하여 microtubule의 생합성을 저해하나 B2와는 차이가 있는 것으로 톨루아마이드(toluamide)계인 족사마이드가 국내에서 사용되고 있다.
  • B4. 세포분열저해제로 추정되는 것으로 페닐우레아(phenylurea)계인 펜사이큐론이 국내에서 사용되고 있다.
  • B5. spectrin(spectrin 유사단백질)의 정위(定位)를 저해하는 것으로 벤자마이드(benzamide)계인 플루오피콜라이드가 국내에서 사용되고 있다. 족사마이드, 펜사이큐론, 플루오피콜라이드의 분자구조
  • C.호흡 저해 (respiration inhibition)
      - 세포 내 mitochondria의 내막에서 일어나는 에너지 생성과정을 세포내 호흡이라 하며, 복합체(complex) Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 및 ATP 합성효소(ATP synthase) 등 많은 단백질복합체가 관여하고 있다(그림 1-4, 5).
    마이토콘드리아 막에서 H+의 이동 및 ATP 합성 모식도
    그림 1-4. 마이토콘드리아 막에서 H+의 이동 및 ATP 합성 모식도
  • C1. 복합체 Ⅰ을 구성하는 NADH dehydrogenase(oxido-reductase)의 기능을 저해하는 것으로 pyrimidinamine계의 diflumetorim이 있으나 국내에는 등록되어 있지 않음.
  • C2.복합체 Ⅱ를 구성하는 succinate dehydrogenase의 기능을 저해하는 것으로 SDHI(Succinate dehydrogenase inhibitor)라 불리며, 페닐벤자마이드(phenyl benzamide)계의 메프로닐, 플루톨라닐; 옥사친카복사마이드(oxathiin-carboxamide)계인 옥시카복신, 카복신; 치아졸카복사마이드(thiazole-〃)계인 티플루자마이드; 피라졸카복사마이드(pyrazole-〃)계인 아이소피라잠, 펜티오피라드, 플룩사피록사드; 피리딘카복사마이드(pyridine-〃)계인 보스칼리드; 피리디닐에틸벤자마이드(pyridinyl-ethyl-benzamide)계인 플루오피람 등이 국내에서 사용되고 있다.
    메프로닐, 카복신, 티플루자마이드, 펜티오피라드, 보스칼리드, 보스칼리드플루오피람의 분자구조
  • C3. 복합체 Ⅲ을 구성하는 cytochrome bc1(ubiquinol oxidase)의 기능을 저해하는 것으로 QoI(Quinone outside inhibitor)라 불리며, 버섯류인 Strobilurus tenacellus에서 유래한 스트로빌루린 골격 또는 변형된 구조를 포함하는 메톡시아크릴레이트계(methoxy-acrylates)인 아족시스트로빈, 피콕시스트로빈; 메톡시카바메이트계(methoxy-carbamates)인 피라클로스트로빈; 옥시미노아세테이트계(oximino acetates)인 크레속심메틸, 트리플록시스트로빈; 옥시미노아세타마이드계(oximino acetamides)인 오리사스트로빈; 옥사졸리딘디온계(oxazolisine-diones)인 파목사돈; 이미다졸리논 계(imidazolinones)인 페나미돈이 국내에서 사용되고 있다.
    아족시스트로빈, 피라클로스트로빈, 크레속심메틸, 오리사스트로빈, 파목사돈의 분자구조
  • C4. 복합체 Ⅲ을 구성하는 cytochrome bc1(ubiquinone reductase)의 기능을 저해하는 것 으로 QiI(Quinone inside inhibitor)라 불리며 시아노이미다졸계(cyano-imidazoles)인 사이아조파미드; 설파모일트리아졸계(sulfamoyl-triazoles)인 아미설브롬이 국내에서 사용되고 있다.
  • C5. 전자가 복합체 Ⅰ에서 복합체 Ⅳ로 이동할 때 수소이온(H+)이 막간 공간 (intermembrane space)으로 펌핑(pumping)되는 것을 저해하는 것(uncouplers of oxidative phosphorylation) 으로 디나이트로페닐크로토네이트계(dinitrophenyl crotonates)인 디노캅; 나이트로아닐린계 (dinitro -anilines)인 플루아지남 등이 국내에서 사용되고 있다.
    ATP합성요소의 ATP합성과정 모식도와 사이아조파미드, 아미설브롬, 디노캅, 플루아지남, 아메톡트라딘의 분자구조
  • C6. ATP 합성효소(ATP synthase)를 저해하는 것으로 유기주석계인 fentin acetate, fentin chloride, fentin hydroxide등이 있으나 국내에는 등록되어 있지 않음.
  • C7. ATP 생성저해제로 추정되는 것으로 silthiofam이 있으나 국내에는 등록되어 있지 않음.
  • C8. 복합체 Ⅲ을 구성하는 cytochrome bc1(ubiquinone reductase)의 기능을 저해하는 것으로 보이나 QxI(Quinone x(unknown site) inhibitor)라 불리며, 국내에는 트리아 졸로피리미딜아민계(triazolo-pyrimidylamines)인 아메톡트라딘이 사용되고 있다.
  • D. 아미노산 및 단백질 합성 저해 (amino acids and protein synthesis inhibition)
  • D1. methionine 생합성저해제로 추정되는 것으로 AP(anilino-pyrimidine)계인 메파니피림, 사이프로디닐, 피리메타닐이 국내에서 사용되고 있다.
  • D2. 단백질합성 신장기와 종료기에 작용하는 것으로 에노피라뉴로닉산계(enopyranuronic acid) 항생물질인 블라스티시딘-에스가 국내에서 사용되고 있다.
  • D3. 단백질합성 개시기에 작용하는 것으로 헥소피라노실계(hexopyranosyl) 항생물질인 가스가마이신이 국내에서 사용되고 있다.
  • D4. 단백질합성 개시기에 작용하는 것으로 글루코피라노실계(glucopyranosyl) 항생물질인 스트렙토마이신이 국내에서 사용되고 있다.
  • D5. 단백질합성 저해제로 테트라사이클린계(tetracycline) 항생물질인 옥시테트라사이클린이 국내에서 사용되고 있다.
    사이프로디닐, 블라스티시딘-에스, 가스가마이신, 스트렙토마이신, 옥시테트라사이클린의 분자구조
  • E. 신호 도입(변환) 저해 (signal transduction inhibition)
      - 세포 내 mitochondria의 내막에서 일어나는 에너지 생성과정을 세포내 호흡이라 하며, 복합체(complex) Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 및 ATP 합성효소(ATP synthase) 등 많은 단백질복합체가 관여하고 있다(그림 1-4, 5).
      - 모든 생물은 세포막에서 외부 환경(또는 다른 세포)으로부터 오는 신호를 받아들이는데, 이를 신호 도입(또는 변환)(signal transduction)이라고 한다.
      - 외부 신호는 물질 또는 ligand이며, 세포막에 수용체 단백질이 있어 물질과 결합하고, 세포 내에서 2차 신호물질을 방출하여 세포의 생리기능, 유전자 발현 등을 조절한다(그림 1-6).
      - 대부분의 세포에는 G protein-coupled receptors, integrins, toll-gate receptors, ligand -gated ion channels, receptor tyrosine kinases 등이 수용체 단백질로 작용한다.
      - Histidine kinases는 원핵생물, 곰팡이 및 식물세포의 세포막에서 발견되는 수용체 단백질로 다양한 기능을 수행한다.
    새포내로의 신호도입 모식도
  • E1. 작용기구가 분명하지 않은 것으로 아자나프탈렌계(aza-naphthalene)인 퀴녹시펜이 국내에서 사용되고 있다.
  • E2. 삼투압 신호전달의 주체인 MAP(mitogen-activated protein)/histidine kinase(os-2, HOG1)의 기능을 저해하는 것으로 페닐피롤계(phenyl pyrroles)인 플루디옥소닐이 국내에서 사용되고 있다.
  • E3. 삼투압 신호전달의 주체인 MAP(mitogen-activated protein/histidine kinase(os-1, Daf1)의 기능을 저해하는 것으로 빈클로졸린, 이프로디온, 프로사이미돈 등이 국내에서 사용되고 있다.
    퀴녹시펜, 플루디옥소닐, 빈클로졸린의 분자구조
  • F. 지질생합성 및 막 완전성 저해 (inhibition of lipid synthesis and membrane integrity)
  • F1. 현재 없음.
  • F2. 인지질(phosphatidyl choline) 생합성에 관여하는 효소 중 methyl transferase의 기 능을 저해하며, 유기인계(phosphorothiolates)인 에디펜포스, 이프로벤포스; 디치올란계 (dithiolanes)인 아이소프로티올레인이 국내에서 사용되고 있다.
  • F3. 지질 과산화와 관련이 있는 것으로 추정되며 AH계(Aromatic Hydrocarbon)인 톨클 로포스메틸; 헤테로아로마틱계(heteroaromatic)인 에트리디아졸 등이 국내에서 사용되고 있다.
  • F4. 세포막 투과성을 저해하는 것으로 추정되며 카바메이트계(carbamate)인 프로파모카브가 국내에서 사용되고 있다.
  • F5. 현재 없음.
  • F6. 병원균 세포막의 기능을 교란하는 미생물로 바실루스 서브틸리스, 바실루스 아밀로리퀴파시엔스, 바실루스 푸밀루스 등과 패니바실루스 폴리믹사가 국내에서 사용되고 있다.
  • F7. 병원균 세포막의 기능을 교란하는 식물체 추출물로 도금양과에 속하는 Melaleuca altemifolia의 추출물이 알려져 있으나 국내에는 등록되어 있지 않음.
    이프로벤포스, 아이소프로티오레인, 에트리디아졸, 프로파모카브의 분자구조
  • G. 막에서 스테롤생합성 저해 (inhibition of sterol biosynthesis in membranes)
      - sterol 생합성 과정 중 acetyl CoA로부터 mevalonic acid, squalene을 거쳐 lanosterol이 형성되는 과정은 모든 생물에서 동일하나, 최종 steroid로의 전환과정은 생물종에 따라 다르며 동물은 cholesterol, 식물은 sytosterol, 대부분의 곰팡이는 ergosterol이고(그림 1-7), ergosterol 생합성을 저해하는 살균제를 EBI(ergosterol biosynthesis inhibitor)라고 한다.
  • G1. lanosterol을 4,4-dimethyl cholesta-8,14,24-trienol로 변환시키는 lanosterol C-14 demethylase의 기능을 저해하는 것으로 DMI(DeMethylation Inhibitor)라 부르며 피페라진계(piperazines)인 트리포린, 피리미딘계(pyrimidines)인 뉴아리몰, 페나리몰; 이미다졸계(imidazoles) 인 트리플루미졸, 프로클로라즈; 트리아졸계(triazoles)인 디니코나졸, 마이클로뷰타닐, 메트코나졸, 비터타놀, 사이프로코나졸, 시메코나졸, 에폭시코나졸, 이미벤코나졸, 이프코나졸, 테부코나졸, 테트라코나졸, 트리아디메놀, 트리아디메폰, 트리티코나졸, 펜뷰코나졸, 프로피코나졸, 플루실라졸, 플루퀸코나졸, 헥사코나졸 등이 국내에서 사용되고 있다.
  • G2. 4,4-dimethyl cholesta-8,14,24-trienol을 4,4-dimethyl zymosterol로 변환시키는 sterol C-14 reductase와 fecosterol을 episterol로 변환시키는 sterol C-8 isomerase를 동시에 저해하는 것으로 amine(morpholine)계인 aldimorph, fenpropimorph, piperalin, spiroxamine 등이 있으나 국내에는 등록되어 있지 않음.
  • G3. 4,4-dimethyl zymosterol을 zymosterol로 변환시키는 효소 중 sterol C-3 keto- reductase의 기능을 저해하는 것으로 hydroxyanilide계인 펜헥사미드가 국내에 등록되어 있다.
  • G4. squalene을 squalene epoxide로 변환시키는 squalene epoxidase의 기능을 저해하는 것으로 thiocarbamate계인 pyributicarb가 국내에는 제초제로 사용되고 있다.
    에르고스테롤 합성 과정, 효소 및 살균제의 작용점
    그림 1-7. 에르고스테롤 합성 과정, 효소 및 살균제의 작용점
    트리포린, 뉴아리몰, 프로클로라즈, 트리아디메놀, 펜헥사미드의 분자구조
  • H. 세포벽생합성 저해 (cell wall biosynthesis inhibition)
  • H1. 현재 없음
  • H2. 현재 없음
  • H3. trehalose를 2분자의 glucose로 분해하는 trehalase의 기능을 저해하는 것으로 글루 코피라노실계(gluco-pyranosyl) 항생물질인 발리다마이신이 국내에서 사용되고 있다.
  • H4. 곰팡이 세포벽의 구성 성분인 chitin의 생합성을 저해하는 것으로 펩티딜피리미딘뉴클레오사이드계(peptidyl pyrimidine nucleoside) 항생물질인 폴리옥신디, 폴리옥신비가 국내에서 사용되고 있다.
  • H5. 난균 세포벽의 구성 성분인 cellulose의 생합성을 저해하는 것으로 CAA(Carboxyl Acid Amide)에 속하는 신나믹산아마이드계 (cinnamic acid amides)인 디메토모르프; 발린아마이드카바메이트계(valinamide carbamates)인 벤티아발리카브, 이프로발리카브; 만델릭산아마이드계 (mandelic acid amides)인 만디프로파미드가 국내에서 사용되고 있다.
    발리다마이신, 이프로발리카브, 폴리옥신비, 디메토모르프, 만디프로파미드의 분자구조
  • I. 세포벽 내 멜라닌 합성 저해 (inhibition of melanin synthesis in cell wall)
      - 병원균(곰팡이)이 식물체를 침입할 때 식물체의 방어기구를 무력화할 수 있는 무기가 곰팡이 세포벽에 침작된 melanin이며, 이 물질의 생성을 억제함으로써 병원균 침입을 막을 수 있다(그림 1-8).
    멜라닌생합성 과정
    그림 1-8. 멜라닌생합성 과정
  • I1. melanin 생합성 과정 중 hydroxynaphthalene reductase를 저해하는 것으로 MBI-R (MelaninBiosynthesis Inhibitor-Reductase)로 알려진 아이소벤조퓨라논계(isobenzo-furanones) 인 프탈라이드; 피롤로퀴놀리논계(pyrrolo-quinolinones)인 피로퀼론; 트리아졸로벤조치아졸계(triazolobenzothiazoles)인 트리사이클라졸이 국내에서 사용되고 있다.
  • I2. melanin 생합성 과정 중 scytalone dehydratase를 저해하는 것으로 MBI-D(Melanin Biosynthesis Inhibitor-Dehydratase)로 알려진 사이클로프로판카복사마이드계 (cyclopropane carboxamides)인 카프로파미드; 프로피온아마이드계(propionamides) 인 페녹사닐이 국내에서 사용되고 있다.
    프탈라이드, 피로퀄론, 트리사이클라졸, 카프로파미드, 페녹사닐의 분자구조
  • P. 기주 식물의 방어기구 유도 (host plant defence induction)
      - 식물은 병원균이 침입한 부위에서 과민감반응(hypersensitivity)을 일으켜 병원균을 건전한 조직으로부터 격리시키며, 과민감반응이 일어난 조직 주변에서 salicylic acid를 방출하여 식물체 전체로 퍼트린다.
      - salicylic acid에 노출된 조직(세포)에서는 병원체 관련 단백질(Pathogen RelatedProtein)과 항균성 물질(phytoalexin)을 분비하여 병원균의 침입에 대비하는데 이를 전신획득저항성(systemic acquired resistance)라고 한다.
  • P1. signal transducer로서 salicylic acid와 같은 역할을 하는 BTH(benzo-thiadiazole)계인 아시벤졸라-에스-메틸이 국내에서 사용되고 있다.
  • P2. P1과 유사한 역할을 하는 것으로 알려진 벤즈아이소치아졸계(benzisothiazole)인 프 로베나졸이 국내에서 사용되고 있다.
  • P3. P1과 유사한 역할을 하는 것으로 알려진 치아다이아졸카복사마이드계(thiadiazole carboxamide)계인 아이소티아닐, 티아디닐이 국내에서 사용되고 있다.
  • P4. polysaccharide계인 laminarin은 국내에 등록되어 있지 않음.
  • P5. 마디풀과에 속하는 giant knotweed(Reynoutria sachalinensis)의 추출물도 유사한 효과가 있는 것으로 알려져 있으나 국내에는 등록되어 있지 않음.
    아시벤졸라-에스-메틸, 프로베나졸, 티아디닐의 분자구조
  • U. 작용기구 불명 (unknown mode of action)
      - 작용기구가 알려지지 않은 것으로 메트라페논, 사이목사닐, 사이플루페나미드, 에타복삼, 테클로프탈람, 페림존, 펜피라자민, 포세틸알루미늄, 플루설파마이드, 플루티아닐, 피리오페논 등이 국내에서 사용되고 있다.
    사이목사닐, 사이플루페나미드, 포세틸알루미늄, 테클로프탈람, 페림존, 펜피라자민, 에타복삼, 플루설파마이드의 분자구조
  • M. 다점 접촉 작용 (multi-site contact activity)
      - 보호살균제로 쓰이는 것이 대부분이며 무기유황제(inorganic sulfur)인 황, 결정석회황(calcium polysulfide); 무기구리제(inorganic copper)인 보르도액 〔Bordeaux mixture, CuSO4?7Cu(OH)2?6Ca(OH)2〕, 코퍼옥시클로라이드〔3Cu(OH)2?CuCl2〕,
         코퍼하이드록사이드〔Cu(OH)2〕; 유기구리제(organic copper)인 디비이디시, 옥신코퍼, 프로클로라즈코퍼클로라이드;
         유기비소제(arsenicals)인 네오아소진; 디치오카바메이트계(dithiocarbamates)인 만코제브, 메티람, 티람, 프로피네브;
         프탈리마이드계(phthalimides)인 캡탄, 폴펫; 클로로나이트릴계(chloronitriles)인 클로로탈로닐; 설파마이드계(sulfamides)인
         톨릴플루아니드; 구아니딘계(guanidines)인 이미녹타딘트리아세테이트, 이미녹타딘트리스알베실레이트; 퀴논계(quinones)인
         디티아논 등이 국내에서 사용되고 있다.
    옥신코퍼, Neo-asozin, 만코제브, 캡탄, 클로로탈로닐, 톨릴플루아니드, 이미녹타딘, 디티아논의 분자구조

(2) 살충제의 작용기구

(가) 작용점 및 작용점 도달
  • 1 ) 작용점의 종류
      - 살충제의 상당수가 곤충의 신경계에 작용하고, 미토콘드리아에 작용하여 호흡을 저해하며,
       충체 내 에너지 대사 교란, 호르몬 기능 교란 등 다양한 살충 작용을 한다.
  • 2 ) 살충제의 작용점 도달 : 침입경로에 따라 식독제(소화중독제), 접촉독제 및 흡입독제로 구분
      - 식독제는 입을 통하여 들어가 중장 내에서 흡수되므로 곤충 중장의 pH에 의해 크게 영향을 받는다.
       * 산성에 잘 용해되는 약제 - 중장의 pH가 산성인 딱정벌레목 곤충에 효과
       * 알칼리성에 잘 용해되는 약제 - 중장의 pH가 알칼리성인 나비목 곤충에 효과
      - 접촉독제는 약제가 곤충의 체벽이나 다리의 환절간막(環節間膜)을 통하여 체내로 침입
       * 곤충의 상표피에 있는 wax층(지질층)을 통과하기 위해서는 약제의
       ㉠화학구조 중 친유성기(phenyl기 등, 계면활성제) 함유,
       ㉡지질 가수분해 능력(알칼리 제),
       ㉢지질 용해도(용제) 등이 중요함

(나) 작용기구 IRAC(Insecticide Resistance Action Committee)의 분류에 의함〕

  • 1) 곤충의 신경계에 작용
      - 곤충은 다른 고등동물과 마찬가지로 외부의 자극을 수용 → 종합 → 반응하는 신경계를 갖고 있으며 이온 통로(전위의존형, 물질의
        존형), 신경전달물질 및 수용체, 신경전달물질 분해효소 등이 유기적인 역할을 수행하고 있다(그림 1-9).
      - 위의 신경계 구성요소 중 일부가 기능을 상실하면 신경전달이 폭주하거나 차단되어 떨림, 근육마비 등의 증상을 보이고 결국 죽음에
        이르게 된다.
  • 1. 아세틸콜린에스터라제 기능 저해 (acetylcholinesterase Inhibition)
      - 곤충의 신경계는 시냅스 부위에서 신경전달물질인 아세틸콜린(acetylcholine)을 분비하여 신호를 전달하고, 전달 후에는
         아세틸콜린에스터라제가 아세틸콜린을 아세트산과 콜린으로 분해한다. - 아세틸콜린에스터라제의 기능을
         억제하여 신경전달이 폭주되도록 하는 것으로 카바메이트계(carbamates)인 메티오카브, 벤퓨라카브,
         아이소프로카브, 카바릴, 카보설판, 카보퓨란, 티오디카브, 페노뷰카브, 페노티오카브; 유기인계(organophosphates)인
         다이아지논, 디메토에이트, 말라티온, 아세페이트, 아진포스메틸, 에토프로포스, 이미시아포스, 카두사포스, 클로르피리포스,
         클로르피리포스메틸, 터부포스, 테부피림포스, 페니트로티온, 펜토에이트, 펜티온, 포레이트, 포스티아제이트, 포스파미돈,
         폭심, 프로티오포스, 프로페노포스, 피라클로포스, 피리미포스메틸 등이 있다.
    메티오카브, 카보퓨란, 티오디카브, 페노뷰카브, 다이아지논, 아세페이트, 에토프로포스, 프로티오포스의 분자구조
    곤충 신경, 신경연접의 모식도 및 농약의 화학적 계통에 따른 작용점
    그림 1-9. 곤충 신경, 신경연접의 모식도 및 농약의 화학적 계통에 따른 작용점
  • 2. GABA 의존 염소통로 억제 (antagonism on GABA-gated chloride channel)
      - 아세틸콜린의 방출을 조절하는 데 관여하는 GABA(gamma amino butyric acid) 의존 염소통로를 억제하여 과다한 신경전달
         물질이 방출되도록 함으로써, 현저한 후방전 (after-discharge)에 따른 자발성 흥분의 증대를 통하여 곤충을
         죽이는 것으로 페닐피라졸계(phenyl pyrazoles)인 피프로닐이 국내에서 사용되고 있다.
  • 3. Na통로 조절 (modulation of sodium channel)
      - 전위 의존 Na통로를 열린 상태로 유지하여 axon 세포막에서 탈분극 상태를 (재)분극 상태로 되돌리는 과정을 저해하는 것으로
         합성피레스로이드계(synthetic pyrethroids)인 감마사이할로트린, 델타메트린, 람다사이할로트린, 베타사이플루트린,
         비펜트린, 사이퍼메트린, 사이플루트린, 아크리나트린, 알파사이퍼메트린, 에스펜발러레이트, 에토펜프록스, 제타사
         이퍼메트린, 테플루트린, 트랄로메트린, 펜발러레이트, 펜프로파트린 등이 국내에서 사용되고 있다.
    피프로닐, 델타메트린, 에스펜발러레이트, 펜프로파트린의 분자구조
  • 4. 신경전달물질 수용체 차단 (Agonism on nicotinic acetylcholine receptor)
      - 시냅스 후막의 아세틸콜린 수용체에 강하게 결합하여 정상적인 아세틸콜린의 결합을 차단함과 동시에 신호를 계속 발생시키는
         것으로 네오니코티노이드계(neonicotinoids)로도 알려진 나이트로구아니딘계(nitroguanidines)의 디노테퓨란, 아세타미프
         리드, 이미다클로프리드, 클로티아니딘, 티아메톡삼, 티아클로프리드; 설폭사플로르계(sulfoxaflor)인 설폭사플로르가 국내
         에서 사용되고 있다.
    디노테퓨란, 이미다클로프리드, 티아메톡삼, 설폭사플로르의 분자구조
  • 5. 신경전달물질 수용체 기능항진 (allosteric activation of nicotinic acetylcholine receptor)
      - 시냅스 후막의 아세틸콜린 수용체의 결합력을 비정상적으로 강화시켜 아세틸콜린이 분리되지 못하게 함으로써 신호를 계속 발생시키는
         것으로 항생물질 중 스피노신계(spinosyn)인 스피네토람, 스피노사드가 국내에서 사용되고 있다.
  • 6. 염소통로 활성화 (allosteric activation of chloride channel)
      - glutamate 의존 염소통로를 활성화하여 세포 내로 유입되는 염소이온의 양을 증가시켜, 결과적으로 ‘과분극(hyperpolari
         zation) 상태→ 신경근육연접(neuromuscular junction) 부위의 마비 유발’을 통하여 해충을 죽이는 것으로 항생물질 중
         아버멕틴계(avermectins)인 아바멕틴, 에마멕틴벤조에이트; 밀베마이신계(milbemycin)인 레피멕틴, 밀베멕틴이 국내에
         등록되어 있다.
    스피노사드, 아바멕틴, 밀베멕틴의 분자구조
  • 7. 매미목 해충에 대한 선택적 섭식 저해 (selective blocking of homopteran feeding)
      - 생리 작용은 불분명하나 매미목 해충의 섭식을 중단시켜 굶어죽게 하는 것으로 플로니카미드, 피리플루퀴나존, 피메트로진이
         국내에서 사용되고 있다.
  • 8. 신경전달물질 수용체 통로폐쇄 (channel blocking of nicotinic acetylcholine receptor)
      - 신경전달물질 수용체와 아세틸콜린이 결합하면 수용체의 이온 통로가 열리고 Na+가 세포내로 유입되는 데, 이 통로를 폐쇄하여
         신호전달을 차단하는 것으로 네레이스톡신계(nereistoxin)인 벤설탑, 카탑하이드로클로라이드, 티오사이클람하이
         드로젠옥살레이트가 국내에 등록되어 있다.
    플로니카미드, 피메트로진, 카탑하이드로클로라이드의 분자구조
  • 9. 옥토파민 수용체 기능 항진 (agonism on octopamine receptor)
      - 곤충의 중추신경계에 존재하는 octopamine의 수용체에 결합하여 monoamine 산화효소와 prostaglandin 생합성을 억제함으로써
         과도한 흥분, 마비, 죽음을 유발하는 것으로 아미트라즈가 국내에서 사용되고 있다.
  • 10. 전위 의존 Na 통로 폐쇄 (blocking of voltage dependent sodium channel)
      - 전위 의존 Na 통로를 폐쇄하여 Na이온의 출입을 막아 분극 상태 → 탈분극 상태로의 이행을 저해하는 것으로 메타플루미존,
         인독사카브가 국내에서 사용되고 있다.
  • 11. 라이아노딘 수용체 조절 (modulation of ryanodine receptor)
      - 라이아노딘 수용체는 신경근육연접(neuro-muscular junction)에서 칼슘이온(Ca++)의 방출을 조절하는 것으로 살충제가
         라이아노딘 수용체와 결합하면 과도한 근육 수축을 야기한다.
      - 디아마이드계(diamide)인 사이안트라닐리프롤, 클로란트라닐리프롤, 플루벤디아마이드가 국내에서 사용되고 있다.
    아미트라즈, 인독사카브, 클로란트라닐리프롤의 분자구조
  • 2) 곤충의 내분비계 교란
  • 1. 유약호르몬 작용 (mimicry of juvenile hormone)
      - 곤충의 체내에 존재하는 유약호르몬(juvenile hormone)의 기능과 유사한 역할을 하여 곤충의 정상적인 생리를 교란하는
         것으로 피리프록시펜이 국내에서 사용되고 있다.
  • 2. 탈피호르몬 수용체 기능 항진 (agonism on ecdysone receptor)
      - 탈피호르몬인 ecdysone 수용체에 대신 결합하여 비정상적인 탈피를 촉진하는 것으로 디아실하이드라진계(diacylhydrazines)인
         메톡시페노자이드, 크로마페노자이드, 테부페노자이드가 국내에서 사용되고 있다.
    피리프록시펜, 메톡시페노자이드, 크로마페노자이드의 분자구조
  • 3) 다점 저해
  • 1. 다점 저해, 훈증제 (miscellaneous non-specific(multi-site) inhibition, fumigants)
      - 대부분이 훈증제로 작용점이 다수인 것으로 국내에는 메틸브로마이드(CH3Br)만 사용되고 있다.
  • 4) 곤충 및 응애류 생장 조절
  • 1. 응애류 생장 저해 (mite growth inhibition)
      - 생리 작용은 불분명하나 알의 부화 및 어린 약충의 성장을 비선택적으로 저해하는 것으로
         에톡사졸, 클로펜테진, 헥시티아족스가 국내에서 사용되고 있다.
    에톡사졸, 클로펜테진, 헥시티아족스의 분자구조
  • 2. 0형 키틴합성 저해 (inhibition of chitin biosynthesis type 0)
      - 생리 작용은 불분명하나 UDP-NAG(uridine diphosphate-N-acetylglucosamine)의 세포막 이동성을
         저해함으로써, 곤충 체벽(integument)의 중요 구성성분인 chitin 생합성을 저해하는 것으로
         요소계(benzoyl ureas)인 노발루론, 디플루벤주론, 루페누론, 비스트리플루론, 클로르플루아주론,
         테플루벤주론, 트리플루뮤론, 플루페녹수론이 국내에서 사용되고 있다.
  • 3. 1형 키틴합성 저해 (inhibition of chitin biosynthesis type 1)
      - 생리 작용은 불분명하나 세포 외로 이동된 UDP-NAG 중합효소인 chitin-UDP-N-acetylglucosaminyl
         transferase를 저해하는 것으로 뷰프로페진이 국내에서 사용되고 있다.
  • 4. 파리목 곤충 탈피 저해 (dipteran moulting disruption)
      - 생리 작용은 불분명하나 chitin 대사와 관련이 있는 것으로 추정되며 사이로마진이 국내에서 사용되고 있다.
    티플루벤주론, 트리플루뮤론, 뷰프로페진, 사이로마진의 분자구조
  • 5) 생합성 저해
  • 1. 지질생합성 저해 (inhibition of acetyl CoA carboxylase, lipid synthesis)
      - 곤충 체내에서 지질 생합성 과정 중 acetyl CoA carboxylase의 기능을 저해하는 것으로(그림 1-10) tetronic and
         tetramic acid(ketoenols)계인 스피로디클로펜, 스피로메시펜, 스피로테트라맷이 국내에서 사용되고 있다.
    지방산 생합성 경로
    그림 1-10. 지방산 생합성 경로
    스피로디클로펜, 시피로메시펜, 스피로테트라맷의 분자구조
  • 6) 세포막 파괴
  • 1. 미생물에 의한 중장 세포막 파괴 (microbial disruption of insect midgut membrane)
      - 세균인 Bacillus thuringiensis(그림 1-11)는 세포 내에 독성 단백질(내독소, δ-endotoxin)을 생성하며(그림 1-12, 13),
         나방류 곤충의 소화계 중 중장에서 내독소를 세포 외로 방출하여 중장의 세포막을 파괴함으로써 기주를 죽인다.
      - 국내에서는 Bacillus thuringiensis의 아종인 비티 아이자와이, 비티 쿠르스타키를 직접 이용하거나 내독소만 분리하여
         이용하고 있다. 바실루스, Bt 독소의 결정그림, Bt 독소단백질의 3차원 구조
  • 7) 호흡(에너지 대사) 저해
      - 세포 내 mitochondria의 내막에서 일어나는 에너지생성 과정을 세포내 호흡이라 하며, 복합체(complex) Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 및 ATP
         합성효소(ATP synthase) 등 많은 단백질이 관여하고 있다.
  • 1. 마이토콘드리아 ATP 합성효소 저해 (inhibition of mitochondrial ATP synthase)
      - 마이토콘드리아 내 막간 공간으로 나간 수소이온이 기질로 들어올 때 ATP 합성효소를 경유하며, 이 과정에서 ADP가 ATP로
         변화한다.
      - ATP 합성효소를 저해하는 것은 유기주석계인 사이헥사틴, 아조사이클로틴, 펜뷰타틴옥사이드; 유기유황계인 테트라디폰, 프로파
         자이트이며 살비제(응애방제제)로 국내에 등록되어 있다.
  • 2. 수소이온 구배형성 저해 (uncouplers of oxidative phosphorylation via disruption of proton gradient)
      - 전자가 복합체 Ⅰ에서 복합체 Ⅳ로 이동할 때 수소이온(H+)이 protonophore를 통하여 막간 공간(intermembrane space)으로 펌핑
         (pumping)되는 것을 저해하는 것으로 클로르페나피르가 국내에서 사용되고 있다.
    사이헥사틴, 테트라디폰, 클로르페나피르의 분자구조

    마이토콘드리아 막에서 살충제 종류별 작용점
    그림 1-14. 마이토콘드리아 막에서 살충제 종류별 작용점
  • 3. 전자전달계 복합체 Ⅲ 저해 (inhibition of mitochondrial complex Ⅲ electron transport)
      - 복합체 Ⅲ을 구성하는 cytochrome bc1의 기능을 저해하는 것으로 살비제인 아세퀴노실, 플루아크리피림이 국내에서
         사용되고 있다.
  • 4. 전자전달계 복합체 Ⅰ 저해 (inhibition of mitochondrial complex Ⅰ electron transport)
      - 복합체 Ⅰ을 구성하는 NADH dehydrogenase(oxido-reductase)의 기능을 저해하는 것으로 METI(mitochondrial electron
         transport inhibitor)라 불리며 국내에는 테부펜피라드, 페나자퀸, 펜피록시메이트, 피리다벤이 사용되고 있다.
    아세퀴노실, 페나자퀸, 피리다벤의 분자구조
  • 5. 전자전달계 복합체 Ⅳ 저해 (inhibition of mitochondrial complex Ⅳ electron transport)
      - 복합체 Ⅳ를 구성하는 cytochrome c oxidase의 기능을 저해하는 것으로 알루미늄포스파이드(Al≡P)와 마그네슘포스파이드
         (Mg3P2)가 저장물 해충 방제제로 국내에서 사용되고 있다.
  • 6. 전자전달계 복합체 Ⅱ 저해 (inhibition of mitochondrial complex Ⅱ electron transport)
      - 복합체 Ⅱ를 구성하는 succinate dehydrogenase의 기능을 저해하는 것으로 β- ketonitrile 유도체인 사이에노피라펜,
         사이플루메토펜이 국내에서 살비제로 사용되고 있다.
    사이에노피라펜, 사이플루메토펜의 분자구조
  • A. 작용기구 불명 (unknown mode of action)
      - 작용기구가 알려지지 않은 것으로 메타알데하이드, 메탐소듐, 모란텔타트레이트, 비페나제이트(카바제이트계), 아자디락틴,
         피리달릴 등이 국내에서 사용되고 있다.
    메타알데하이드, 메탐소듐, 모란텔타트레이트, 비페나제이트, 아자디락틴, 피리달릴의 분자구조
  • B. 피막 형성
      - 피막을 형성하여 질식시키는 것으로 추정되며 기계유, 파라핀오일이 국내에 등록되어 있다.
  • C. 해충 기생 미생물
      - 해충에 기생하는 미생물로 뷰베리아 바시아나(Beauveria bassiana), 패실로마이세스 퓨모소로세우스(Paecilomyces
          fumosoroseus), 모나크로스포리움 타우마시움(Monacrosporiumthaumasium) 등이 국내에서 사용되고 있다.

(3) 제초제의 작용기구

(가) 작용점 및 작용점 도달
  • 1 ) 작용점의 종류
      - 제초제의 작용점은 특정한 작용점 하나로 고정된 경우도 있으나, 둘 이상의 작용점을 갖는 경우도 많으며, 사용방법에
         따라 작용점이 변하기도 한다.
      - 대체로 광합성 저해, 호흡 저해, 호르몬 작용 저해, 생체 내 생합성 저해 등으로 구분할 수 있다.
  • 2 ) 작용점 도달
      - 제초제는 식물체의 뿌리, 잎, 줄기 및 어린 싹을 통하여 흡수된다.
      - 식물의 잎은 바깥의 표피가 wax로 되어 있고 그 내측에 cutin, pectin 및 cellulose의 순
         으로 배열되어 있어 내부로 갈수록 극성이 높아지며, 투과 시 제초제의 극성 정도에 따라
         영향을 받는다.
      - 뿌리를 통한 흡수는 apoplast, symplast 및 apo-symplast의 3가지 경로를 통해 일어난다.
       * apoplast 경로는 제초제가 casparin strip(뿌리의 불투수층)을 통해서 물관부로 이동
       * symplast 경로는 세포벽 투과 후 원형질연락사(plasmodesmata)에 의해 체관부로 이동
      - 여러 경로를 통하여 식물체 내로 흡수된 제초제는 apoplast, symplast, 세포간극을 통하여
         식물체 각 부위로 이동하여 작용점에 도달한다.
(나) 작용기구〔HRAC(Herbicide Resistance Action Committee)의 분류에 의함〕
  • 1) 지질생합성 저해
  • A. ACCase 저해 〔inhibition of acetyl CoA carboxylase(ACCase)〕
      - 식물 체내에서 지질 생합성 과정 중 acetyl CoA carboxylase의 기능을 저해하는 것으로 아릴옥시페녹시프로피오네이트계
         (aryloxyphenoxy propionates (FOP))인 메타미포프, 사이할로포프뷰틸, 퀴잘로포프-피-에틸, 페녹사프로프-피-에틸,
         프로파퀴자포프, 플루아지포프-피-뷰틸, 할록시포프-아르-메틸; 사이클로헥산디에논계(cyclohexane-dienones(DIM))인
         세톡시딤, 클레토딤, 프로폭시딤이 국내에서 사용되고 있다. (살충제의 지질생 합성 저해 참조)
    메타미포프, 사이할로포프뷰틸, 클레토딤의 분자구조
  • B. 기타 지질생합성 저해 (inhibition of lipid synthesis, not ACCase inhibition)
      - acetyl CoA 및 sulfhydryl이 포함된 생체분자와 thiocarbamate sulfoxide(제초제)의 결합반응(conjugation)에 의한 것으로
         추정되며, ㉠지질 생합성 저해에 의한 왁스 침착 감소, ㉡단백질, isoprenoid(지베렐린 포함), flavonoid(안토시안 포함)합성
         저해, ㉢지베렐린생합성 저해 등의 작용기구를 포괄한다.
      - 티오카바메이트계(thiocarbamates)인 에스프로카브, 티오벤카브; 벤조퓨란계(benzofurans)인 벤퓨러세이트, 에토퓨머세이트가
         국내에서 사용되고 있다.
    에스프로카브, 티오벤카브, 벤퓨러세이트, 에토퓨머세이트의 분자구조
  • 2) 아미노산생합성 저해
  • A. 아세토락테이트 합성효소 저해 〔inhibition of acetolactate synthase(ALS)〕
      - 식물의 필수 아미노산인 valine과 isoleucine 생합성에 관여하는 ALS를 저해하여 세포분열과 생육을 억제하는 것으로
         (그림 1-15) 설포닐우레아계(sulfonylureas)인 니코설퓨론, 림설퓨론, 메타조설퓨론, 벤설퓨론메틸, 사이클로설파뮤론,
         아이오도설퓨론메틸소듐, 아짐설퓨론, 에톡시설퓨론, 오르토설파뮤론, 이마조설퓨론, 트리플록시설퓨론, 티펜설퓨론메틸,
         포람설퓨론, 프로피리설퓨론, 플라자설퓨론, 플루세토설퓨론, 피라조설퓨론에틸, 피리미설판, 할로설퓨론메틸; 이미다졸리논계
         (imidazoli -nones)인 이마자퀸, 이마자피르; 트리아졸로피리미딘계(triazolopyrimidines)인 페녹슐람; 피리미디닐(티오)벤조
         에이트계(pyrimidinyl (thio) benzoates)인 비스피리박소듐, 피리미노박메틸, 피리벤족심, 피리프탈리드가 국내에서 사용되고 있다.
    발린과 아이소류신의 생합성 경로
    그림 1-15. 발린과 아이소류신의 생합성 경로
    벤설퓨론메틸, 오르토설파뮤론, 피리미설판, 이마자퀸, 페녹슐람, 피리벤족심의 분자구조
  • B. EPSP 합성효소 저해 (inhibition of EPSP synthase)
      - 방향족 아미노산인 phenylalanine, tyrosine, tryptophan 생합성에 관여하는 5-enolpyruvyl shikimate 3-phosphate(EPSP)
         synthase를 저해하여(그림 1-16) 황백화현상(chlorosis) 초래하는 것으로 글라이신계(glycines)인 글리포세이트가 국내에서
         사용되고있다. 방향족 아미노산 생합성 경로
    그림 1-16. 방향족 아미노산 생합성 경로
    글리포세이트, 글루포시네이트암모늄의 분자구조
  • C. 글루타민 합성효소 저해 (inhibition of glutamine synthase)
      - 글루타민은 글루타민 합성효소에 의하여 글루타메이트와 암모니아로부터 합성된다.
      - 글루타민 합성효소가 저해되면(그림 1-17) 암모니움이온이 축적되어 세포 파괴, 광계 Ⅰ, Ⅱ에 대한 직접적인 저해 및 광인산화반응
         저해를 초래한다.
      - 포스피닉산계(phosphinic acids)인 글루포시네이트암모늄이 국내에서 사용되고 있다.
    글루타민 생합성 경로
    그림 1-17. 글루타민 생합성 경로
  • 3) 광합성 저해
  • A1.광계 Ⅱ에서 광합성 저해 〔inhibition of photosynthesis at photosystem Ⅱ(Hill reaction)
      - 광계 Ⅱ에서의 광합성을 Hill 반응이라 하며, 작용점은 변형된 엽록소인 pheophytin으로 제초제가 pheophytin과 결합하면 plastoqui
         none으로의 전자흐름을 차단한다(그림 1-18).
      - 이 결과 3중 엽록소(triplet chlorophyll)와 활성산소(singlet oxygen)를 발생시켜 지질과산화(lipid peroxidation)를 유발, 주변의
         막을 파괴함으로써 제초 효과를 보인다.
      - 트리아진계(triazines)인 디메타메트린, 시마진, 시메트린; 트리아지논계(triazinones)인 메트리부진, 헥사지논이 국내에서 사용되고
         있으며, 이 외에도 triazolinone계, pyridazinone계, uracil계, phenylcarbamate계 제초제가 있으나 국내에서는 사용되지 않음.
    광합성 모식도 및 제초제의 작용점
    그림 1-18. 광합성 모식도 및 제초제의 작용점
    디메타메트린, 시마진, 헥사지논의 분자구조
  • A2. 광계 Ⅱ에서 광합성 저해 〔inhibition of photosynthesis at photosystem Ⅱ(Hill reaction)〕
      - C1.과 같은 작용기구를 갖으며 화학적 계통에 따라 별도로 구분한 것으로, 요소계(ureas)인 리누론, 메타벤즈티아주론; 아마이드계
         (amides)인 프로파닐이 국내에서 사용되고 있다.
  • A3. 광계 Ⅱ에서 광합성 저해 〔inhibition of photosynthesis at photosystem Ⅱ(Hill reaction)〕
      - C1.과 같은 작용기구를 갖으며 화학적 계통에 따라 별도로 구분한 것으로, 벤조티아디아지논계(benzothiadiazinones)인 벤타존이
         국내에서 사용되고 있으며, 이 외에도 nitrile계,phenyl pyridazine계 제초제가 있으나 국내에서는 사용되지 않음. 리누론, 프로파닐, 벤타존의 분자구조
  • B. 광계 Ⅰ에서 광합성 저해 (inhibition of photosynthesis at photosystem Ⅰ)
      - 비피리딜리움계(bipyridyliums) 제초제는 ferredoxin 부근에서 작용하여 산화, 환원과정을 반복하면서 전자를 탈취함으로써
         NADPH의 생성을 저해하며(그림 1-18, 19), 활성산소(hydrogen peroxide, superoxide 등)를 발생시켜 지질과산화(lipid
         peroxidation)에 의한 막 파괴를 유발하여 제초작용을 보이는 것으로 패러쾃이 대표적이나 독성 등의 문제로 등록이
         취소되었으며, 국내에는 다이쾃디브로마이드가 생장조정제로 사용되고 있다.
    Bipyridylium계 제초제인 패러쾃의 살초 기구
    그림 1-19. Bipyridylium계 제초제인 패러쾃의 살초 기구
  • C. protoporpyrinogen 산화효소 저해 〔inhibition of protoporpyrinogen oxidase(PPO)〕
      - chlorophyll이나 heme에서 기본골격을 이루는 porphyrin ring의 생합성에 중요한 proto- porphyrinogen Ⅳ oxidase를 저해하고
         (그림 1-20), 이 결과 활성산소를 발생시켜 세포막을 파괴한다.
      - 디페닐에텔계(diphenylethers)인 비페녹스, 옥시플루오르펜; 페닐피라졸계(phenylpyrazoles)인 피라플루펜에틸; 메틸프탈리미드계
         (N-methyl phthalimides)인 플루미옥사진; 옥사디아졸계(oxadiazoles)인 옥사디아길, 옥사디아존; 트리아졸리논계(triazolinones)
         인 카펜트라존에틸; 옥사졸리딘디온계(oxazolidinediones)인 펜톡사존; 피리미딘디온계(pyrimi dindiones)인 사플루페나실 등이
         국내에서 사용되고 있다.
    다이쾃디브로마이드, 비페녹스, 피라플루펜에틸, 플루미옥사진의 분자구조

    엽록소생합성 경로 및 제초제 작용점
    그림 1-20. 엽록소생합성 경로 및 제초제 작용점
    옥사디아닐, 카펜트라존에틸, 펜톡사존, 사플루페나실의 분자구조
  • D1. PDS에서 카로티노이드 생합성 저해 〔inhibition of carotenoid biosynthesis atphytoene desaturase step(PDS)〕
      - 식물의 엽록소는 색소인 카로티노이드에 의해 보호되며, 카로티노이드가 사라지면 엽록소가 파괴되어 식물의 잎은 백화(白化)된다.
      - 카로티노이드 생합성 과정 중 phytoene desaturase를 저해하는 것으로(그림 1-21) 피리딘카복사마이드계(pyridine carboxamides)
         인 디플루 페니칸이 국내에서 사용되고 있다.
    카로티노이드생합성 결오 및 제초제 작용점
    그림 1-21. 카로티노이드생합성 경로 및 제초제 작용점
    디플루페니칸, 메소트리온, 피라졸리네이트의 분자구조

  • D2. HPPD에서 플라스토퀴논 생합성 저해 〔inhibition of 4-hydroxyphenyl pyruvate dioxigenase(HPPD)〕
      - 플라스토퀴논(plastoquinone)은 광계 Ⅱ에서 전자전달자로서의 역할 뿐만 아니라 phytoenedesaturase의 보요소(co-factor)로
         작용하므로, 플라스토퀴논 생합성이 저해되면 카로티노이드 생합성이 저해되어 식물의 잎은 백화(白化)된다.
      - 플라스토퀴논 생합성 과정 중 4-hydroxyphenyl-pyruvate dioxigenase를 저해하는 것으로(그림 1-22) 트리케톤계(triketones)인
         메소트리온; 피라졸계(pyrazoles)인 피라졸리네이트; 기타 벤조비사이클론이 국내에서 사용되고 있다.
    플라스토퀴논 생합성 경로 및 제초제 작용점
    그림 1-22. 플라스토퀴논 생합성 경로 및 제초제 작용점
  • D3. 카로티노이드 생합성 저해 (inhibition of carotenoid biosynthesis at unknown target)
      - 카로티노이드 생합성을 저해하는 것으로 알려졌으나 작용점이 불명확한 것으로 이속사졸리디논계(isoxazolidinones)인 클로마존이
         국내에서 사용되고 있다.
    클로마존, 아슐람의 분자구조
  • 4) dihydropteroate 합성효소 저해
  • A. dihydropteroate 합성효소 저해 (inhibition of dihydropteroate synthase)
      - purine nucleotide 합성에 필요한 엽산(folic acid)의 생합성 과정 중 7,8-dihydropteroate 합성효소를 저해하는 것으로(그림 1-23)
         카바메이트계(carbamates)인 아슐람이 국내에서 사용되고 있으며, 아슐람은 microtubule assembly를 저해하여 세포
         분열을 저해하는 것으로도 알려져 있다.
    엽산생합성 경로 및 제초제 작용점
    그림 1-23. 엽산생합성 경로 및 제초제 작용점
  • 5) 세포분열 저해
  • A1. microtubule 조립 저해 (microtubule assembly inhibition)
      - tubulin과 결합하여 microtubule 중합체 형성을 저해하는 것으로(그림 1-24) 디나이트로아닐린계(dinitroanilines)인 벤플루랄린,
         뷰트랄린, 에탈플루랄린, 오리잘린, 트리플루랄린, 펜디메탈린, 프로디아민; 피리딘계(pyridines)인 디티오피르가
         국내에서 사용되고 있다.
  • A2. 세포분열/microtubule 구성 저해 (inhibition of mitosis/microtubule organization)
      - 세포분열, microtubule 중합체 형성을 저해하는 것으로 카바메이트계(carbamates)인 클로르프로팜이 국내에서 생장조정제로
         사용되고 있다.
    마이크로튜블 합성 및 분해 경로
    그림 1-24. 마이크로튜블 합성 및 분해 경로
    펜플루랄린, 오리잘린, 펜디메탈린, 프로디아민, 디티오피르, 클로로프로팜의 분자구조
  • A3. 초장쇄(超長鎖)지방산 합성 저해 〔inhibition of VLCFA(very long chain fatty acid)〕
      - 초장쇄지방산(탄소수 22 이상)은 식물의 발달 및 종자 저장 triacylglycerols, 세포벽 외 왁스, sphingolipids합성 등에 필수적인
         물질이다.
      - 잡초 종자의 발아를 억제하는 것으로 클로르아세타마이드계(chloroacetamides)인 디메테나미드, 메톨라클로르, 뷰타클로르,
         알라클로르, 프레틸라클로르, 프로피소클로르; 아세타마이드 계(acetamides)인 나프로파마이드; 옥시아세타마이드계(oxya
         cetamides)인 메페나셋, 플루페나셋; 테트라졸리논계(tetrazolinones)인 펜트라자마이드; 기타 아닐로포스, 카펜스트롤 등이
         국내에서 사용되고 있다.
    디메테나미드, 뷰타클로르, 나프로파마이드, 메페나셋, 펜트라자마이드, 아닐로포스의 분자구조
  • 6) 셀룰로오스 저해
  • A. 세포벽(셀룰로오스) 합성 저해 〔inhibition of cell wall(cellulose) synthesis〕
      - 식물 세포벽은 큐틴(cutin), 펙틴(pectin), 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 등으로 구성되고, 셀룰로오스가 많은 부분을 차지하고
         있다(그림 1-25).
      - 셀룰로오스 합성을 저해하는 것으로 나이트릴계(nitriles)인 디클로베닐; 벤자마이드계(benzamides)인 아이속사벤이 국내에서
         사용되고 있다.
    식물세포벽 구성
    셀룰로오스 합성 저해 물질 : 디클로베닐, 아이속사벤
  • 7) 에너지 생성(호흡) 저해
  • A. 탈공역 (uncoupling)
      - 에너지 생성과정에 작용하는 제초제는 대부분이 탈공역에 의한 산화적 인산화 과정을 저해하는 것이다.
      - mitochondria 내막의 내ㆍ외측간 H+ 농도차이가 발생하고 ATP synthase를 통하여 H+가 이동하면서 ATP를 생성되는데, 탈공역
         작용제는 H+ 농도차이(농도구배)를 없애서 ATP 생성을 저해하는 것으로 dinitrophenol계인 DNOC, dinosep, dinoterb 등이 있으나
         국내에서는 사용되지 않음.
  • 8) 식물 호르몬 작용 교란
  • A. IAA 유사 작용〔action like indole 3-acetic acid(IAA)〕(uncoupling)
      - 식물 호르몬인 옥신(indole 3-acetic acid)과 같이 식물체 내 RNA 중합효소(polymerase)의 활성을 증대시켜, RNA 및 단백질
         합성량이 증가한 결과 세포벽이 느슨하게 된다.
         * auxin은 세포벽 구성물질인 hemicellulose 중 glucane의 분해효소인 glucanase 생합성량을 증가시키고, 그 결과로 세포벽을
           느슨하게 함.
      - 그 외에도 분열조직의 활성화, 이상분열, 형태적 이상, 흡수증진, 엽록소 형성 저해, 세포막의 삼투압 증대 등 기본적 생리
         기능을 교란시킨다.
      - 페녹시카복실릭산계(phenoxycarboxylic acids)인 2,4-디, 메코프로프, 메코프로프-피, 엠시피에이, 엠시피비; 벤조익산계
         (benzoic acids)인 디캄바; 피리딘카복실릭산계(pyridinecarboxylic acids)인 트리클로피르, 플루록시피르멥틸이 국내에서
         사용되고 있다.
    2.4-디, 메코프로프-피, 디캄바, 트리클로피르의 분자구조
  • B. 옥신 이동 저해 (inhibition of auxin transport)
      - 옥신의 극이동(極移動, polar transport)을 방해하여 분열조직 및 뿌리 부위의 옥신 평형을 깨드리는 것으로 phthalamate계인
         naptalam; semicarbazone계인 diflubenzopyr-Na이있으나 국내에서는 사용되지 않음.
  • C. 작용기구 불명 (unknown)
      - 작용기구가 불확실한 것으로 다이뮤론, 메티오졸린, 브로모뷰타이드, 옥사지클로메폰, 인다노판, 퀴노클라민(광합성 저해),
         피리뷰티카브가 국내에서 사용되고 있다.
    다이뮤론, 메티오졸린, 브로모뷰타이드, 옥사지클로메폰, 인다노판, 피리뷰티카브의 분자구조

(4) 생장조정제

(가) 옥신 류(auxins)
  • - 옥신은 그리스어 기원인 auxein(생장, 증가하다)에서 유래하였으며, 식물체 내에서 발견된 것은 IAA(indole-3-acetic acid), 4-chloroi
       ndole-3-acetic acid, 2-phenylacetic acid, indole -3-butyric acid의 4종으로 IAA가 대표적이고 진정한 옥신이다.
    - 옥신류는 유식물과 절편에 대한 신장(伸長)을 촉진하고, 절제한 잎이나 줄기에서 막뿌리(不定根) 형성을 촉진하며, 탈리(脫離) 현상을
       지연시키고, 단위결실(單爲結實)을 유도하는 등의 기능이 알려져 있다.
    - 발근촉진(카네이션) 용으로 나드(1-naphthylacetamide), 생장촉진(토마토, 가지)용으로 사-시피에이(4-chlorophenoxyacetic acid)
       가 국내에서 사용되고 있다.
    IAA, 나드, 사-시피에이의 분자구조
(나) 지베렐린 류(gibberellins)
  • - 벼의 키다리병균인 Gibberella fugikuroi(= Fusarium moniliforme)의 배양액에서 최초로 추출되었으며, 2003년까지 총 126종의
       지베렐린이 확인되었고 그 중 가장 활성이 높은 것은 GA3으로 지베렐린산(gibberellic acid)이라고도 불린다.
    - 지베렐린류는 무상식물(intact plant; 뿌리, 줄기, 잎을 포함하는 완전한 식물)의 줄기신장 효과, 저온 또는 장일조건을 필요로 하는
       식물의 화아형성 유도, 단일식물의 개화촉진, 감자의 휴면타파, 곡류종자 중 몇 가지 가수분해효소의 활성증대(특히 α-amylase),
       단위결과 유도 등의 기능이 알려져 있다.
    - 지베렐린산, 지베렐린에이포(GA4), 지베렐린에이세븐(GA7)이 과실비대 및 숙기촉진, 생육촉진, 무종자화, 숙기억제 등의 용도로
       국내에서 사용되고 있다. 지베렐린산, 지베렐린에이포, 지베렐린에이세븐의 분자구조
(다) 사이토카이닌 류(cytokinins)
  • - 분자구조 중 purine고리를 가지고 있으며 세포분열을 촉진하는 활성물질로, 동물의 근육수축물질인 kinin과 구별하기 위하여
       cytokinin으로 명명하였으며 카이네틴(kinetin), 제아틴(zeatin) 등이 분리되었다.
  • - 조직배양 시 캘러스의 세포분열 촉진, 발아촉진, 휴면아(休眠芽) 유도, 단위결과 촉진, 엽록소 분해방지를 통한 식물의 노화
       (senescence)방지 등의 기능을 보인다.
  • - 국내에는 육-비에이(6-benzylaminopurine)가 화아형성(감귤), 흡지발생촉진(국화)용으로 사용되고 있다.
    kinetinm, zeatin, 육-비에이의 분자구조
(라) 앱사이식산(abscisic acid)
  • - 목화의 낙과현상의 원인물질로 알려진 것으로 1963년에 처음 정제되었고, abscisin Ⅱ로 명명되었으며 휴면을 유도하는 기능
       때문에 dormin이라고 불리기도 하였으나, 현재는 abscisic acid로 통일되었다.
  • - 과거에는 식물의 잎이나 과실의 탈리현상의 원인물질로 생각되었으나 이는 옥신, 사이토카이닌 및 에틸렌의 복합작용으로
       판명되었으며, 앱사이식산은 휴면유도, 식물의 기공폐쇄를 통한 위조(萎凋)방지 등의 기능을 한다. 식물생장억제형 호르몬으로 생장촉진형
       호르몬(옥신, 지베렐린, 사이토카이닌)과 길항적, 비길항적 작용을 보인다.
  • - phaseic acid, xanthoxin 등의 유사물질이 식물에서 발견되었으나 국내에서 사용되지 않음.
    abscisic acid, phaseic acid, xanthoxin의 분자구조
(마) 에틸렌(ethylene)
  • - 유일하게 가스 상태로 존재하는 호르몬으로 과실의 성숙에 관여하여 호흡을 증대시키고 성숙을 촉진한다. 세포신장 억제, 상편생장
       (上篇生長, epinasty) 촉진, 탈리현상 유도, 막뿌리 발근 촉진, 화아유도, 개화저해 등의 기능이 있다.
  • - 처리 후 에틸렌 가스를 발생시키는 에테폰(ethephon)이 착색촉진, 숙기촉진 등의 용도로 국내에서 사용되고 있다.
    ethylene, 에테폰의 분자구조
(바) 브라시노스테로이드 류(brassinosteroids)
  • - 스테로이드 형태의 물질(polyhydrosteroids)로 1996년까지 38종의 brassinosteroids와 2종의 배당체가 밝혀졌으며, 식물생장을 촉진
       하나 기존의 생장촉진형 호르몬(옥신, 지베렐린, 사이토카이닌)과는 반응이 다르게 나타난다.
  • - 벼, 보리, 옥수수 등에서 증수효과를 보이고, 외부의 스트레스를 완화시키는 작용이 알려졌지만, 국내에서는 사용되지 않음.
    brassinolide, dolicholide, castasterone의 분자구조
(사) 자스모네이트 류(jasmonates)
  • - 자스모닉산 및 유도체류(jasmonic acid and jasmonates)는 생장억제, 노화촉진, 괴경형성 등의 작용을 하며, 1996년까지 27종의
       물질이 분리되었다.
  • - 국내에는 프로하이드로자스몬(prohydrojasmon)이 지베렐린산과 혼합제로 과실비대촉진용으로 사용되고 있다.
    jasmonic acid, 프로하이드로자스몬, 아비클리신의 분자구조
(아) 식물성 펩타이드호르몬 류(plant peptide hormones)
  • - 작은 분자의 펩타이드로 세포 간 통신, 세포분열 및 생장, 자가불화합성 등에 관여하는 것으로 알려졌으며, 국내에는 아비글리신
       (aminoethoxyvinylglycine)이 낙과방지용으로 사용되고있다.
(자) 폴리아민 류(polyamines)
  • - 폴리아민류는 세포분열 과정에 영향을 주는 것으로 생장억제제로 사용되며, 국내에는 다미노자이드(daminozide)가 신장억제
       (포인세티아), 말릭하이드라자이드(maleic hydrazide)가액아억제(담배) 용으로 사용되고 있다.
    다미노자이드, 말릭하이드라자이드의 분자구조
(차) 살균제 유래 생장조정제류
  • - 트리아졸계(triazoles) 살균제인 디니코나졸(diniconazole)은 화훼류의 생장억제제, 헥사코나졸(hexaconazole)은 벼의
       도복경감제로 사용되고 있다.
    디니코나졸, 헥사코나졸의 분자구조
(카) 제초제 유래 생장조정제류
  • - 요소계(ureas)인 티디아주론(thidiazuron), 포클로르페뉴론(forchlorfenuron)은 과실비대, 착과증진용으로 사용되고 있다.
  • - 디나이트로아닐린계(dinitroanilines)인 뷰트랄린(butralin), 펜디메탈린(pendimethalin)이 담배의 액아억제용으로
       사용되고 있다.
  • - 카바메이트계(carbamates)인 클로르프로팜(chlorpropham)이 감자의 맹아억제용으로 사용되고 있다.
  • - 비피리딜리움계(bipyridiliums)인 다이쾃디브로마이드(diaquat dibromide)가 작물건조제로 사용되고 있다.
    포클로르페뉴론, 뷰트랄린, 클로르프로팜의 분자구조
(타) 기타
  • - 나이트로페놀계(nitrophenols)인 나이트로페놀레이트 혼합제(sodium nitrophenolate + sodium guaiacolate), 아토닉
       (sodium mononitroguaiacol)이 담배의 생육촉진제로 사용되고 있다.
    다이쾃디브로마이드, 나이트로페놀레이트, 아토닉의 분자구조

  • - 메피쾃클로라이드(mepiquat chloride)는 착립증진(포도, 머루), 일-메틸사이클로프로펜(1-methyl cyclopropene)은 과실의
       저장성향상, 디클로르프로프트리에타놀아민(dichlorprop triethanol amine)은 사과의 낙과방지 용으로 사용되고 있다.
    메피쾃클로라이드, 일-메틸사이클로프로펜, 디클로르프로프트리에탄올아민의 분자구조

  • - 이나벤파이드(inabenfide), 살균제인 이프로벤포스+메트코나졸 혼합제는 벼의 도복경감, 사이클로헥사디온계(cyclohexadiones)
       인 트리넥사팍에틸(trinexapac ethyl)은 잔디의 생장억제, 프로헥사디온칼슘(prohexadionecalcium)은 잔디의 생장억제 및 벼의
       도복경감, 데실알코올(decyl alcohol)은 담배의 액아억제, 칼슘카보네이트(calcium carbonate)는 감귤의 부피방지 용으로 사용되고
       있다.
    아나벤파이드, 트리넥사팍에틸, 프로헥사디온칼슘, 데실알코올, 칼슘카보네이트의 분자구조
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