식물 세포의 구조와 기능-3

(6) 미소체
 미소체는 지름이 0.2~1.7μm인 단일 막으로 둘러싸인 기관으로, 이에는 패도록 시 솜과 글리옥시솜이 있다. 패도록 시 솜에는 과산화수소가 많이 들어 있는데 이것을 분해하는 catalase가 있어서 과산화수소를 물 분자로 무독화시킨다. 잎의 패도록 시 솜은 엽록체와 미토콘드리아와 함께 광호흡을 진행한다. 지질함량이 높은 종자의 발아 과정에서 지방산의 분해를 돕는 역할을 하는 미소체는 글리옥시솜이다. 글리옥시솜에서 분해된 지방산의 대사물질은 미토콘드리아를 거쳐 세포질에서 당으로 전환되는데 이 과정을 포도당신생합성이라고 한다.

(7) 액포
 액포는 두께가 5~6nm 정도의 단일 박인 액포막에 둘러싸여 있으며. 대부분의 식물세포에서 뚜렷하게 관찰된다. 정당 분열세포에는 많은 수의적은 액포가 있으나 세포가 성장하면서 액포들이 통합되어 하나의 큰 액포로 된다. 성숙한 세포의 액포는 세포 부피의 약 90%를 차지하고 있다. 액포에는 무기물 이온. 유기산, 당, 효소, 저장단백질 및 2차 대사산물 등 다양한 물질이 저장된다. 따라서, 액포는 용질의 농도가 높아 물을 흡수하고 세포의 팽압을 유지하는 역할을 한다. 액포의 산도는 보통 약산성을 띠며, 양성자나 다른 이온의 세포질로의 방출을 조절하여 세포질의 산도, 효소의 활성 및 세포골격 구조의 조립 등을 조절한다. 액포에는 세포질에 존재하고 있는 유해한 물질이 축적되어 세포가 유해한 물질로부터 보호된다. 또한, 액포에는 사멸한 세포 구성요소의 분해와 재활용에 기여하는 다양한 가수분해효소가 들어 있다.

3. 세포골격
 진핵세포의 구조와 기능은 막으로 된 기관 이외에 섬유 단백질이 3차원적으로 연결된 망상 구조인 세포골격의 영향을 크게 받는다. 세포골격은 세포 구성요소를 공간적으로 고정하거나 최적의 위치로 이동시켜 세포를 조직화하며, 세포의 분열과 성장 및 분화에 중요한 역할을 한다. 세포골격은 미세소관과 미세섬유로 이루어져 있으며, 이들은 액틴과 튜불린 단백질로 구성되어 있다.

(1) 액틴과 튜불린 단백질
 미세소관은 α-튜불린과 β-튜불린의 이형 2합체로 구성된 중합체이며. 액틴 미세섬유는 액틴 단백질의 중합체이다.

(2) 액틴과 튜불린의 중합반응
 액틴 단백질은 자체적으로 조립되어 기다란 중합체인 액틴 섬유 또는 미세섬유가 된다. 튜불린 단백질은 중합체를 형성하여 미세소관 구조를 만든다. 세포 골격 중합체는 공유결합으로 연결된 단백질 사슬과는 다르게 다수의 비공유결합에 의해 연결된 거대분자 소단위체로 구성되어 있다. 따라서. 이온농도나 온도와 참은 요인에 반응하여 구조가 조립되거나 해체되므로 골격구조는 역동적인 성질을 지닌다.
 액틴 섬유와 미세소관은 이를 구성하는 소단위체가 비대칭 구조로 되어 있어 극성을 지닌다. 소단위체는 양 끝이 일렬로 늘어서서 조립되므로 일정한 방향성을 갖는다. 중합반응은 핵 형성, 신장 및 정류 단계로 진행된다.

(3) 미세소관
구형의 α-튜불린과 β-튜불린이 이형 2합체를 형성하여 미세소관으로 조립된다. 이때 튜불린 2합체는 양측 면과 양단 면이 함께 결합한다. 2합체는 직선적으로 배치되어 원시 세사가 된다. 대부분의 미세소관은 13개의 원시 세사로 구성되어 있으나 원시 세사의 수는 11개에서 16개로 변이를 보인다. 미세소관은 관상의 고분자 복합체로서 외경과 구경이 각각 약 25nm와 14nm이며. 벽의 두께가 약 11nm이고 분자량은 50~120 KD다. 튜불린은 알칼로이드의 일종인 콜히친과 특이하게 결합하는 성질이 있어서 콜히친을 처리하면 미세소관이 형성되지 못한다.
 미세소관은 세포 형태의 형성과 유지, 세포의 분화와 세포벽 건축, 세포 내부 수송, 염색체 이동과 세포판 형성, 섬모와 편모에 의한 세포의 이동 등에 관여한다.

(4) 미세섬유
 용해성 액틴은 375개의 아미노산으로 구성된 구형 단백질이다. 액틴 소단위체가 중합체를 형성하여 두께가 약 8nm인 단단한 나선형 섬유를 형성한다.

 미세섬유는 원형질 유동과 같은 세포 내 운동에 관여한다. 식물세포의 원형질 유동에는 미세섬유와 함께 움직이는 미오신과 결합한 미소 기관이 관여한다. 미세섬유는 꽃가루관의 신장에 필요한 세포벽 물질 분비 소낭을 선단부로 배열하는 데도 관여한다.

 

(5) 보조 단백질
보조 단백질은 세포골격 중합체와 함께 정제되는 단백질이다. 미세섬유와 미세소관은 세포의 비계를 구성하며, 보조 단백질은 비계에서 연결하는 연결체, 비계를 움직이는 모터 또는 비계를 변형하는 도구로서 세포골격의 기능에 크게 영향을 미친다. 소위 또는 모터 단백질로 불리는 단백질에는 미오신, 지네인, 키네 신이 있다. 가교 또는 결합 단백질은 세포골격 중합체 사이에 결합을 형성하며 이에는 핌브린과 α-액티닌이 있다.

세포분열과 세포주기
 세포주기는 세포의 분열과 성장의 교호적인 두단계로 진행되며, 유사분열 기와 합성기 및 유사분열 기와 합성기 사이의 2개의 간기로 구성된다. 세포분열 단계는 복제된 유전체를 딸세포에 분배하여 유전물질의 확산과 영속화에 의해 종의 생존 가능성을 높인다. 세포의 분열과 성장은 유연하게 통합되어 주어진 환경에서 세포가 일정한 크기에 도달하였을 때 정상적으로 이루어지게 된다.

1. 세포분열
 세포 또는 개체 구성요소의 배가와 복제에 의한 개체의 증식은 바이러스와 원핵생물에서도 보이지만, 세포 격막의 형성에 따른 세포 분열과 세포주기는 진핵생물에서만 일어나는 중식 방법이다. 세포분열은 무사분열과 유사분열로 나눌 수 있다. 무사분열은 원핵세포의 정상 분열 형식과 진핵 세포의 이상분열에서만 나타난다.

유사분열은 진핵세포의 기본적인 증식 방법으로서, 이에는 체세포분열과 감수분열이 있다. 체세포분열은 유사분열의 기본형으로, 진핵세포를 가진 하등 생물의 개체발생 및 다세포생물의 체세포 분열 방식이다. 감수분열은 체세포분열의 변형으로서, 종의 보존 및 발달에 기여한다. 

관련 문헌: 변종용ㆍ윤성중ㆍ이인중ㆍ김도순, 삼고 작물 생리학(서울: 향 문사, 2014), 29-32p