식물세포의 구조 이야기

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동물은 움직이는 생명체이고 식물은 고정된 위치에서 살아간다. 식물은 광합성을 하여 스스로 영양을 만들고, 동물은 외부로부터 영양물을 섭취한다. 이동할 수 없는 식물은 몸 자체를 단단하게 만들어 자연환경에 견디도록 했고, 운동해야 하는 동물은 뼈조직을 만들어 체형을 유지한다. 그러한 결과,

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1. 동물세포는 세포막만 있지만, 식물은 세포막 바깥에 세포벽을 만들어 잘 변형되지 않도록 했다.

2. 식물의 세포에는 광합성을 하는 엽록체(chroloplast)가 있다.

3. 식물세포에는 1개 또는 그 이상의 커다란 액포(液胞)가 있으며, 동물세포에는 없거나 있더라도 작다.

4. 동물의 세포는 조직에 따라 그들의 모양이 다양하지만, 식물세포는 어느 조직이라도 비교적 일정한 형태이다.

5. 식물의 세포에는 엽록소 외에 꽃과 열매의 색채(色彩)가 되는 카로티노이드, 크산토필 등의 색소체(色素體 plastid)가 있다.

6. 동물의 몸은 골세포와 연골세포가 기둥 역할을 해주지만, 식물은 물관과 체관으로 이루어진 관다발 조직으로 자세를 유지한다.

 

 

식물세포의 일반적인 구조이다. 외부는 섬유질이 많은 세포벽(cell wall)이 싸고 있고, 그 안에 세포막(cell membrane)이 있다.

 

 

vacuole(액포液胞) : 유난히 크게 자리잡은 액포(배큐올) 속에는 수분, 효소, 영양물질 등이 담겨 있다. 액포 속에 있는 수분의 양이 감소하면 세포가 찌그러져 식물 전체가 시들게 되고, 액포가 수분으로 가득하면(팽압膨壓 상승) 우뚝 선 싱싱한 모습이 된다. 어떤 세포는 내부 공간의 90%를 액포가 차지한다.

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peroxisome(퍼옥시솜) : 효소와 화학작용이 강한 과산화수소(H2O2)가 들어있는 지극히 작은 세포기관이며, 지방질 생산에 기여(寄與)한다.

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amyloplast(아밀로플라스트) : 뿌리와 같은 저장기관의 세포에 주로 존재하며, 전분(澱粉)의 합성과 저장에 관여하고, 지구의 중력(重力)에 감응하여 뿌리가 아래쪽으로 생장하도록 하는 것으로 알려져 있다.

 

 

식물세포의 내부 형태를 입체적으로 표현하고 있다. 오른쪽 아래에 3개의 엽록체가 그려져 있다. ​

 

 

 

 

 

하나의 잎 세포에는 다수(많은 경우 100개 이상)의 엽록체가 자루 모양으로 들어 있다. 이 자루 속은 스트로마(stroma)라 부르는 단백질 성분이 풍부한 액체로 가득 차 있고, 스트로마 속에 타일라코이드(thylakoid)라는 것이 층으로 쌓여 있다. 타이라코이드를 구성하는 ‘층 하나’를 그래넘(granum)이라 한다. 그래넘 내부에 녹색을 가진 엽록소(葉綠素 chrolophyll) 분자가 가득하며, 이들이 광합성이라는 화학반응이 일어나도록 한다.

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엽록체의 내부 구조를 유심히 보면 ‘막과 엽록체 DNA’까지 있으므로, 그 자체가 하나의 ‘원시적 세포’처럼 생각될 것이다. 그래서 일부 학자들은 “엽록체는 원시적인 단세포 생명체였으며, 이것이 시아노박테리아와 같은 진핵세포(眞核細胞) 속으로 들어가(삼켜졌거나) 최초의 단세포 식물이 되었을 것이다.”고 말하기도 한다.

 

 

 

지구상에 최초로 나타난 생명체는 핵이 없는 단세포였으므로 원핵세포(原核細胞 prokaryotic cell)라 하고, 그 후에 핵을 가지게 된 것을 진핵세포(eukaryotic cell)라 한다. 원핵세포 생명체는 대부분 1-10μm 크기로 작으며, 가장 작은 Mycoplasma는 0.2μm에 불과하고, 반면에 Thiomargarita는 750μm나 된다.

 

 

 

 

타일라코이드(또는 스트로마층 stroma lamella 이라 부름)의 내부를 전자현미경으로 본 모습. 아래는 위 사진을 입체구조로 표현한 영상이다.

 

 

 

 

식물체를 구성하는 세포의 모양은 조직에 따라 차이가 있다. 3가지 조직의 형태를 위와 옆에서 본 모습을 나타낸다.

parenchyma tissue(유조직柔組織) : 부드러운 감자의 조직

collenchyma tissue(후각조직厚角組織) : 야채 표면의 단단한 조직

sclenchyma tissue(후막조직 厚膜組織) : 배 과육(果肉) 속의 단단한 조직

 

 

관다발 조직이란?

식물학에서 고등식물을 유관속식물(維管束植物 vascular plant)이라 부르기도 한다. ‘유관속’은 ‘밧줄(維)처럼 생긴 관(管 vascular, tube)이 다발(束)’을 이루고 있다는 뜻이다. 즉 물과 영양액이 지나가는 ‘관세포(conducting cell)를 가진 식물’을 의미한다.

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고등식물은 뿌리에서 줄기, 잎, 꽃 과일 전체에 걸쳐 물과 영양분이 이동하는 관다발(유관)조직(vascular tissue)이 길게 연결되어 있다. 즉 뿌리의 물은 물관을 따라 위로 올라가고, 잎에서 광합성으로 생산한 영양물은 체관을 따라 저장기관이나 다른 조직으로 이동한다. ‘체관’이라는 말은 이물질(異物質)이 통과하지 않도록 걸러주는 작은 구멍들이 ‘체’(sieve) 역할을 하기 때문에 붙여진 용어이다.

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호박잎의 잎자루 표면을 벗겨보면 긴 섬유가 뜯겨 나온다. 이 질긴 섬유는 모두 관다발 조직이다. 그 속에 물관(xylem)과 체관(phloem)이 있다.

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소나무나 참나무 줄기를 가로로 잘라보면 나이테가 나타난다. 이 나이테는 모두 물관세포로 이루어져 있다. 수명이 오래된 나무라면 나이테의 물관세포는 모두 죽은 세포이고, 가장자리의 물관세포만 살아 그 속으로 뿌리의 물이 위로 올라간다. 굵은 나무줄기의 물관세포는 죽었지만 섬유질과 키틴 성분으로 단단하게 굳어져 있어 크고 무거운 식물체를 곧게 지탱시켜준다.

 

 

 

 

강인한 섬유를 제공하는 아마(亞麻 flax)의 줄기를 수평으로 잘라 위에서 본 모습이다. 1) 속(pith), 2) 어린 물관(protoxylem), 3) 후생물관(metaxylem), 4) 체관(phloem), 5) 후막섬유(sclenchyma, bast fiber), 6) 피질(皮質 cortex), 7) 표피(epidermis)

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동물세포에 대해서는 <동물세포의 구조 이야기>를 참고하기 바란다. - YS

 

 

 

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