식물세포의 구조와 기능 요약

식물세포의 구조와 기능 요약
 
출처 : http://seoulbio.co.kr/sub/bbs_pds.html?code=pds&mode=view&num=111
 
세포는 최소생물단위(least biounit)로서 식물의 구성과 활동의 단위이다.
식물체 전체로서의 생활은 세포 개개의 활동과 세포들의 상호작용으로 이루어진다.
세포의 활동은 특수한 구조와 관련되어 있다
식물계의 세포에는 다음 두가지 종류가 있다.
① 원핵세포 (Prokaryotic cells) :
bacteria, blue-green algae(cyanobacteria)
② 진핵세포 (Eukaryotic cells): 체세포와 생식세포가 있다.
fungus, plants, some protist cells

I. 세포벽(cell wall)

1. 중층(중간라멜라, middle lamella):
세포분열 말기에 생기는 격벽(세포판)으로 이웃하는 두 세포의 벽을 결합시킴
대부분 pectic substances(as calcium pectate; 어린 과실). gel 상태로 존재.

2. 1차세포벽(primary wall)
세포분열이 끝나는 시기에 중충 이후 계속해서 형성
cellulose, hemicellulose, pectic substances, proteins
세포신장중 물을 흡수하면 탄력성 보다는 가소성을 보임
부드럽고 목질성이 아님, 다공성이어서 물과 용질의 통과가 좋음
항장력이 크다 ---> 물 흡수하면 잎과 어린 줄기의 형태유지

3. 2차세포벽(secondary wall)
세포신장이 끝난 후 발달, 섬유질이며 목질성임
cellulose, hemicellulose, lignin
목질부 및 피층의 일부 세포는 죽어버림
세포 내용물은 다른 데로 옴겨져 세포벽만 남음
식물체의 형태유지와 장력하의 수액이동

4. 원형질연락사 (plasmodesmata)
세포벽을 통과하는 세포질, 이웃 세포 사이의 원형질 연결
속에는 원형질망(소포체)인 desmotubule로 체워져 있다
한 조직 또는 식물체를 기능적으로 통합(하나의심플라스트)

심플라스트 (symplast) : 연속적인 세포질망
아포플라스트 (apoplast) : 연속적인 비세포질 공간,
세포벽, 세포간극, 죽은 유관속 조직 포함.

5. 벽공 (pit)
원형질연락사의 밀도가 높다
벽공격막(pit-membrane)은 벽공쌍(pit-pair) 사이의 중층과 제1차세포벽

♣ 세포벽의 기능
1) 원형질을 기계적으로 보호
단단하여 식물체의 형태유지를 가능하게 하고 병원균 침입으로부터도 보호
2) 비선택적 투과성
세포와 주위환경 사이의 물질교환 가능
3) 가소성(plasticity)과 탄력성(elasticity)이 적당히 조화
수분출입에 적응하면서 새포의 신장을 가능하게 함
처음에는 탄력이 크나 점차 감소

II. 원형질체 (protoplast: 세포벽을 제외한 세포 내용물 전부)

1. 세포질 (cytoplasm) 원형질 = 세포질 + 핵
세포질 안에는 여러가지 분자와 콜로이드상의 물질 뿐만아니라 막(membrane)으로 경계를 이루고 있는 소기관(organelles)들이 있다.
시토졸 (cytosol): 세포질 안의 소기관을 둘러싸고 있는 기질(matrix) 즉 액체부분.

각 소기관은 특정 화학반응의 장소이다.
반응의 분리와 조직화로 생화학반응 효율성이 증대되고 또한 한 세포내에서 동일분자의 분해와 합성이 동시에 가능하다.
세포는 고도로 구획화(compartmentalization)되어 있다

가. 원형질막 (Plasma membrane or plasmalemma)
선택적투과성(반투성이 아님)을 지녀 세포질 내외로의 물질출입을 조절.
전자현미경하에서의 원형질막은 3중구조로 보인다. 가운데 3.5nm 두께의 투명한 부분이 있고 그 양쪽으로 2.5 - 3.5nm 두께의 진한 부분이 있다. 일차적으로 지질과 단백질로 구성되어 있으며 여기에 약간의 탄수화물이 존재한다.

나. 내막계 (endomembrane system)
주요기능은 세포질내 소기관의 생성, 자체내 물질의 퇴적, 세포밖으로 분비되는 물질의 생합성과 수송 등이다.

1) 소포체 (원형질망, endoplasmic reticulum, ER)
세포질 전역에 흩어져 있는 것으로 보이는 가늘고 긴 관계(tube system)
평행하는 두개의 막으로 구성 <--- collapsed sack

조면소포체(rough ER): Ribosome이 붙어 있음
활면소포체(smooth ER): Ribosome이 없음.

주요기능은 수송기능과 물질대사 기능이 있다.
수송기능: 세포내와 세포간 각종 물질이동,
특히 효소와 기타 단백질의 세포벽으로의 분비
물질대사: 단백질 합성 (조면소포체)
기름(oil) 합성(활면소포체)
소포체 자체 합성(steroil, phospholipids 등 막의 성분)
세포내 여러가지 막의 합성

2) 핵막 (nuclear envelope)
핵을 둘러싸고 있는 이중막을 말하는데 막 사이의 공간은 소포체 막 사이의 공간과 연속적이다. 핵분열중에는 보이지 않은데 그 성분은 소포체와 비슷한 막안에 유지됨.
핵공(직경 70nm): 핵질과 세포질 사이의 통신 가능, 직경 10nm 이상 입자 통과 불가.

3) 액포막(vaculolar membrane or tonoplast)
액포를 둘러싸고 있는 단일막, 궁극적으로 소포체에서 유래
모양은 원형질막과 비슷하나 기능은 다름
용질의 액포 출입을 조절하여 세포의 수분포테샬 조절

4) 골지체 (Golgi apparatus)
속이 빈 디스크(cisternae)들이 4 - 6개 쌓인 것을 dictyosome 또는 Golgi body라 부르고 이들을 집합적으로 Golgi apparatus라 부른다.
주요기능은 원형질막의 생장에 기여, 세포벽으로 물질 수송, 뿌리골무의 점액 분비 등

5) 미소체 (microbodies):
단일막에 의하여 둘러싸인 둥근 미세기관
Peroxisomes: 광합성에서 생기는 gycolic acid를 분해하여 다른 분자로 엽록체에 다시 순환시켜줌. H2O2 합성과 분해
Glyoxysomes: 종자 발아시 지방을 분해하여 탄수화물로 전환
6) Oleosomes(or spherosomes) and protein bodies:
Oleosomes(lipid bodies): 소포체에서 유래된 단일막의 반쪽으로 둘러싸여 있음
지방의 합성과 저장

Protein bodies: 소포체에서 유래된 것으로 보이는 단일막으로 둘러싸여 있음.
단백질을 축적. 발육중인 종자의 저장기관에 많음

다. 세포골격 (cytoskeleton)
효소로 세포벽을 녹여 원형질체를 나출시킨 다음 강력한 세제로 막과 기타 세포질 물질을 제거하면 가는 섬유성의 단백질인 세포질골격이 남는다. 정적인 구조가 아니라 매우 동적이다.

1) 미세소관 (microtubules):
외부직경이 약 25nm(내부직경 약 12nm)인 길고 속이 빈 시린더
튜블린 (tubulin) 이라는 둥근 단백질 분자로 구성
주요기능은 ①세포분열시 염새체의 이동과 세포내의 미세기관의 운동 조절, ②세포벽의 셀루로즈 미세섬유의 방향조절, ③세포 자체의 운동 조절, ④편모의 운동

2) 미세필라멘트 (microfilaments):
작고 단단하며 actin 이라는 단백질로 구성
주요기능은 ①단독으로 세포질유동의 원동력이 되고 방향조절, ② 미세소관과 더불어 엽록체, 미토콘드리아, 핵등의 운동과 위치에 관여

3) 기타 단백질성 물질

라. 리보좀 (ribosome)
세포질에 흩어져 있거나 또는 원형질망에 붙어있다(조면소포체).
핵막의 세포질 쪽에도 있으나 핵 속에는 없다. 미토콘드리아와 엽록체 속에도있다.
사진에서 검은 점으로 보이는데, 막으로 경계를 이루고 있지 않다.
단백질 합성장소이다.

마. 미토콘드리아 (mitochondria)
모양과 크기가 다양하여 구형, 막대모양, 필라멘트 모양이 있다.
이중막으로 둘러싸여 있는데 내부막은 안쪽으로 돌출
호흡장소로서 세포의 에너지 대사의 중심부이다.
바. 색소체 (plastids)
이중막으로 둘러싸여 있으며 식물과 원생생물에만 있는 특수구조이다.
주요기능은 양분의 합성과 저장이다.
DNA와 리보좀을 가지고 있으며 자기증식을 한다.
분열하는 세포에서 생성되는 작은 소낭체인 전색소체 (proplastids)에서 발달한다.
백색체 (leucoplasts): 색소가 없으며 무색임.
전분립을 함유하고 있는 것(녹말체, amyloplasts), 단백질을 함유하고 있는 것(proteinoplast), 지방을 함유하고 있는 것(elaioplasts)이 있다.
엽록체 (chloroplasts): 엽록소와 캐로티노이드 색소 함유. 녹색, 광합성 장소.
잡색체 (chromoplasts): 엽록소 없고 여러가지 캐로티노이드 함유,
황색, 오랜지색, 붉은색 등

2. 핵 (nucleus)
굴절율이 높아 세포질 보다 다소 진하게 보임, 구형 또는 타원형이다. 어린 세포에는 적어도 한개의 핵이 있으나 체관부 또는 기타 일부 식물세포에서는 성숙하면 핵이 사라진다. 핵은 세포의 유전물질인 DNA를 함유하고 있다. 즉 핵은 세포의 유전현상과 생리현상을 조절하는 정보 센터이다.

염색립 (chromatin)은 DNA와 핵단백질인 histone으로 구성, 분열시 염색체가 됨.
핵질 (nucleoplasm)은 염색립 또는 염색체 등을 둘러싸는 기질
인 (nucleolus)은 진하고 불규칙한 모양으로 염색됨
보통 한개이나 조균세포에서는 여러개이다.
rRNA를 합성하고 ribosome의 소단위(rRNA + 단백질) 만듬

3. 액포 (vacuole)
어린 세포에서는 작은 액포가 세포질 전역에 흩어져 있으나 성숙한 세포에서는 하나 의 큰 액포가 세포 중앙에 위치하며, 80 - 90%를 점한다.
에틸렌합성의 마지막 단계, 당전환 반응 등 화학반응의 일부도 일어난다.
주요기능은
① 팽만상태와 식물체 모양 유지: 2차세포벽이 없는 세포로 구성된 조직의 모양은
액포내의 물과 용질(삼투포텐샬 조절) 덕분에 가능하다. 또한 액포는 식물체의 체적 증가에 기여하여 결국 환경과 식물체표면의 접촉면을 증가시켜주고 있다(뿌리, 잎).
② 물질의 저장과 축적: 염류, 당과 아미노산 같은 작은 유기분자, 단백질, 색소, 알칼로이드, 수산화칼슘 결정체 등 불필요하거나 해로운 물질을 원형질로부터 격리.
③ 리소좀 (lysosome)으로서의 액포: 흡수된 여러 종류의 물질을 소화시킬 수 있는 효소들이 있어서 가수분해 장소가 될 수 있다.
④ 항상성 (homeostasis) 기능: 여러가지 생리적 상태를 비교적 일정한 수준으로 유지할려는 경향이 있다. 예로 세포주변 pH가 달라지면 액포의 pH가 달라져 세포질 pH를 일정하게 유지시킨다.

4. 세포함유물 또는 후형질 (ergastic substances)
살아있지 않은 물질, 원형질 활동의 부산물.
액포, 세포벽, 기타의 부분에 존재

5. 편모와 섬모 (flagella and cilia)
조류, 균류, 원생생물, 하등 동물 세포와 하등식물의 성세포에 있음. 운동