식물 세포의 구조와 기능-2

2. 세포소기관
 원형질막으로 둘러싸여 있는 세포의 내부 공간은 젤리 상의 진한 수용액으로 채워져 있으며, 세포막이 매우 잘 발달하여 있다. 발달한 세포막은 특수하게 구획화된 다수의 세포소기관을 형성하고, 각 기관이 고유의 기능을 수행하여 세포의 생명 활동이 진행된다.

(1) 소포체 
 소포체는 세포에서 가장 광범위하고 다목적이며 적응 능력이 큰 소기관이며, 세포질을 가로질러 원형질막과 핵막을 연결하는 연속적인 관과 편평한 소낭으로 구성된 3차원적 망상구조로 되어 있다. 소포체의 세포질 쪽에 리보솜이 부착된 영역을 조면소포체라 하고, 리보솜이 부착되지 않은 영역을 활면소포체라고 한다. 식물의 소포체는 막, 액포 또는 분비 경로로 운송될 단백질의 합성 ㆍ가공 및 분류, 그리고 이들 단백질에 대한 배당결합의 형성과 다양한 종류의 지질 분자의 합성 등의 기능을 수행한다.
 소포체는 측면 확산이나 소낭의 운반에 의해 막 분자를 교환하는 핵막. 분비 경로 막(소포체, 트랜스 골지체, 원형질막, 액포 및 다양한 종류의 수송 및 분비 소낭) 및 세포 내 섭취와 관련된 막 등의 내부 막 계를 만든다.
 소포체의 특정 영역에는 식물성 지방의 저장조직인 기름체와 종자의 단백질이 축적되는 단백질체(protein body)가 형성된다.

(2) 골지체
 골지체(Golgi apparatus)는 지름 0.5/m 정도의 원판상 총판이 몇 겹씩 일정한 간격을 두고 싸여있는 구조이며, 골 지 박막층, 박막층과 연관된 전이-골지만(trans-Golgi network), 그리고 이들을 포함하는 골지 기질(matrix)로 구성되어 있다. 골지체는 분비 경로의 중앙에 위치하여 소포체에서 합성된 단백질과 지질을 받아서 액포나 세포의 표면으로 보낸다. 그리고 세포
벽 복합체 다당류의 조립, 분비되는 단백질의 올리고당 측쇄의 형성과 가공 원형질막과 액포용 당지질의 합성 등에 관여다.
이러한 반응을 촉매하는 당전이효소(glycosyltransferase)와 배당결합 가수 분해효소(glycosidase)는 골지체의 핵심 효소이다.

(3) 핵
 핵(nucleus)은 유전물질인 DNA를 보존하고 DNA의 단백질을 암호화하는 부위인 유전자를 RNA로 전사시키는 과정을 조절하여 세포의 활동을 종합적으로 통제하는 기관이다.
 핵 안에 들어 있는 DNA는 단백질과 복합체를 이루고 있으며, 복합체의 구조는 세포주기의 단계에 따라 다르다. 분열기의 세포는 DNA와 단백질 복합체의 구조가 고도로 응축된 염색체 구조로 되어 있으며 유전자가 발현되지 않는다. 그러나 간기의 핵에서는 염색체가 느슨한 상태의 염색질로 존재하며. 유전자의 전사가 활발히 진행된다.
 핵은 2중 막인 핵막으로 둘러싸여 있으며. 지름이 약 5~30μm이다. 핵막에는 핵공(nuclear pore)이 잘 발달하여 있어 핵과 세포질 사이의 물질교환이 활발하게 이루어진다. 핵질에서 전사된 RNA는 세포질로 수송되어 단백질로 번역된다. 세포질에서 번역된 단백질 중 핵 안에서 작용하는 단백질은 핵공을 통하여 핵으로 수송된다. DNA의 리보솜 리보핵산(rRNA) 유전
자가 대량으로 전사되고, 전사된 rRNA가 가공되어 리보솜 구성 단백질과 조립되는 동안에는 핵에 인(nucleolus)이 형성된다. 세포분열 중에는 핵막이 소낭으로 해체되었다가 새로 형성된 세포의 핵막이 형성될 때 사용된다.

(4) 미토콘드리아
 미토콘드리아(mitochondria)는 진핵세포에 존재하며. 시트르산회로와 산화한 전자전달계를 통해 ATP를 생성하는 호흡계를 내포하고 있다. 미토콘드리아는 유기산과 아미노산 등의 합성에 사용되는 다양한 화합물을 공급한다. 미토콘드리아는 두께가 0.5~1μm이며, 길이는 1~44μm이고 모양은 구형 또는 타원형이며, 2중 막으로 돌러 싸여 있다. 외막은 매끄럽고 내막은 주름이 많이 잡힌 구조이다. 내막으로 둘러싸인 공간을 기질(matrix)이라고 하며. 내막이 기질 깊숙이 주름지게 접힌 구조가 내강이다. 내막과 외막의 사이는 막간 공간이다. 내막에는 전자전달계를 구성하는 단백질 복화체가 풍부하여 막의 약 75%가 단백질이다. 미토콘드리아는 고리형의 2중 가닥 DNA를 갖고 있어 유전적으로 반자치적인 특성을 지닌다.

(5) 색소체
 색소체(plastid)는 광합성, 그리고 다양한 '올질의 처장 및 세포의 구조와 기능에 필요한 물질의 합성을 담당하는 기관이다. 색소체는 동심원의 2중 막으로 둘러싸여 있으며, 2중 막의 내막과 외막은 조성ㆍ구조ㆍ기능이 각각 다르다.
 색소체는 매우 다양하게 분화하고 또한 탈분화하는 성질을 지니고 있다. 모든 색소체는 발육상으로 전 색소체(proplastid)로부터 유래한다. 전 색소체는 어린 분열조직 세포에 약 20여 개가 존재하며, 내부 작전계획의 발달이 빈약하다. 전 분체(amyloplast)는 색소가 없는 색소체로서 녹말입자로 채워져 있다. 백색체는 무색의 색소체로서 정유에 함유된 모노테르펜의 생성에 관여한다. 황백화 색소체(etioplast)는 전 색소체가 엽록체로 발달하는 과정에서 광이 부족하여 발달이 정지된 색소체이다. 잡색체(chromoplast)는 황색ㆍ주황색ㆍ적색 등의 소를 가진 색소체로서 꽃과 과일의 색깔을 결정한다.
 전 색소체에 빛이 조사되면 엽록체(chloroplast)로 분화된다. 고등식물의 엽록체는 평면 또는 양면 볼록렌즈 모양이며, 지름과 두께가 각각 5~10μm와 2~8μm이다. 성숙한 엽록체의 외막과 내막의 두께는 약 7nm이고, 막 사이의 공간은 4~70nm이다. 내막의 안쪽 공간은 스트로마이고, 스트로마에는 매우 복잡한 틸라코이드(thylakoid) 막 계가 발달하여 있다. 틸라코이드 막으로 둘러싸인 공간이 내강(lumen)이다. 틸라코이드만이 10~100겹으로 쌓여 있는 부분이 그라나이며, 그라나는 하나의 엽록체 내에 40~60개가 있다. 틸라코이드에는 엽록소, 적황색 색소, 단백질 및 빛 에너지를 이용하여 NADPH와 ATP를 생성하는 전자전달계가 존재한다.
 색소체는 고리형의 2중 가닥 DNA 분자를 포함하고 있어_ 유전적으로 반자치적인 특성을 지니고 있다.

관련 문헌: 변종용ㆍ윤성중ㆍ이인중ㆍ김도순, 삼고 작물 생리학(서울: 향 문사, 2014), 23-28p