[컨셉 작물생리학] Part 1 작물생리기초_2.식물세포-1

1) 식물세포의 기본구조

 

원형질	핵	핵막(2중막), 핵막, 염색사, 인(rRNA+단백질)
	세포질	2중막: 미토콘드리아(Mt), 엽록체(CP)
		단일막: 소포체, 골지체, 페록시솜, 글라이옥시솜
		무막: 리보솜, 중심체
		세포기초질: 세포골격물-미세소관,미세섬유 세포함유물- 전분,단백질,탄닌(후형질)
후형질	세포막	인지질, 막단백질
	액포	단일막. 삼투압조절
	세포벽	1차세포벽, 2차세포벽

 

*식물세포만 존재: 색소체, 액포, 세포벽, 원형질연락사, 세포간극

*동물세포만 존재: 중심체

*ATP합성장소: Mt, CP, 세포질

*DNA 함유: 핵, Mt, CP

*동화(합성)기관: 핵, 리보솜, CP

*이화(분해)기관: Mt, 리소좀

 

 

1. 세포기관

* Hookes(1665): 세포발견

* Schleiden, chwann(1839) : 세포설 주장. 원형질체는 생명현상의 가장 기본 최소단위.

 

(1) 핵

⋅구조: DNA-단백질 복합체: DNA는 히스톤 단백질과 복합체 구조 형성

          간기는 염색체가 느슨한 상태의 염색질로 존재. 분열기는 DNA-히스톤 구조가 응축된 염색체 구조로 존재

핵막: 이중막. 내막은 핵라미나. 외막은 소포체막과 연결

         세포분열 전기에 핵막이 소낭으로 해체. 말기에 새 딸세포 형성될 때 사용

핵공: 핵과 세포질 사이 물질교환. 전사된 RNA는 세포질로 수송되어 단백질로 번역.

         단백질은 핵공으로 수송되기도 함.

인: 단백질과 RNA로 구성. rRNA가 전사되고 rRNA가 가공되어 리보솜 단백질과 결합하는 동안

     핵에서 인 형성. 리보솜 소단위체 합성.

 

(2) 리보솜(무막)

⋅합성: 리보솜 소단위체는 인이 합성함. 세포질에서 리보솜으로 조립

⋅구조: rRNA와 단백질 복합체. 2개의 소단위체(L,60S), (S,40S)로 구성

           소포체에 부착되어 있는 부착리보솜, 세포질에 퍼진 자유리보솜이 있다.

폴리솜: 단백질 합성시, 여러 리보솜이 mRNA 사슬에 연결되어 있는 리보솜 집합체

             단백질이 다량 합성되는 곳에서 발견된다.

 

(3) 미토콘드리아

- 시트르산회로(TCA), 산화적 전자전달계(ETC)를 통해 ATP를 생성하는 호흡계 기관

⋅구조: 2중막. 내막과 외막 사이 막간 공간. 내막으로 둘러싸인 기질, 주름지게 접혀진 내강으로 구성

  내막이 주름져있는 것을 ‘크리스타‘. 호흡에 필요한 효소와 전자전달계가 있다. (막75%-막단백질)

⋅특징: 고리형 2중가닥 DNA가 있고, 자가복제기능 있음.

          시트르산회로(TCA)에서 유기산⋅아미노산 합성에 사용되는 화합물을 공급

 

(4) 색소체

- 광합성⋅물질저장(전분)⋅물질합성 담당

⋅구조: 2중막. 고리형 2중가닥 DNA 포함. MT보다 크기 큼.

⋅분화- 전색소체: 어린 분열조직 세포에 20여개 존재. 내부막계 발달 미약.

 

-전분체: 색소없음. 녹말입자로 구성

-백색체: 무색. 저장조직 유세포 안에 존재. 정유에 함유한 모노테르펜 생성에 관여

-황백화색소체: 전색소체가 엽록체로 되려다가 광부족해서 정지된 색소체

-잡색체: 황색⋅주황색⋅적색등 색소함유. 꽃과 과일색 결정

-엽록체: 전색소체에 빛이 조사되어 분화. 틸라코이드막에 엽록소⋅카로티노이드 존재.

 

⋅엽록체구조

-그라나: 틸라코이드막이 10~100겹으로 쌓여있는 부분. 엽록체당 40~60개

ETC (전자전달계) 존재. 엽록소⋅전황색소⋅단백질⋅빛으로 NADPH⋅ATP 생성

Lumen(내강)존재. 틸라코이드막으로 둘러싸인 공간.

-스트로마: 내막 안쪽 공간에 스트로마는 복잡한 틸라코이드 막계로 구성

 

(5) 소포체(ER)

-물질운반이나 노폐물⋅분비물 배출로 작용

⋅구조: 3차원 망상구조- 세포질 가로질러 원형질막과 핵막 연결하는 관, 편평한 소낭으로 구성

⋅종류: 조면소포체- 리보솜 부착되어 단백질합성

           활면소포체- 리보솜 없는 영역. 지질합성, 탄수화물대사에 관여. 막조립 기능

⋅기능: 막⋅액포⋅분비경로. 운송될 단백질의 합성⋅가공 분류. 이 단백질에 대한 배당결합 형성

           다양한 지질분자 합성 수행

           내부막계 구성. 측면확산이나 소낭의 운반에 의해 막분자를 교환하는 핵막, 분비경로막, 세포섭취막 으로 구성

           특정 영역에는 식물성장 기능 조직인 기름체(오일바디)와 종자단백질 축적되는 단백체 형성 (두류)

 

(6) 골지체

⋅구조: 딕티오솜의 집합체. 낭구조(시스터네)가 여러개 겹쳐있는 모양

          골지층판, 층판과 연관된 전이-골지망. 이들을 포함한 골지기질로 구성된다.

⋅기능: 분비- 소포체에서 합성된 단백질⋅지질을 받아 액포⋅세포표면으로 보냄.

           세포벽 복합체 다당류조립.

           단백질 올리고당 측쇄 형성⋅가공. 원형질막⋅액포용 당지질 합성에 관여

분해- 당전이효소(glycotransferase)와 배당결합 가수분해효소는 골지체 기능 촉매 효소

 

(7) 미소체

⋅퍼옥시솜: 엽록체와 미토콘드리아와 함께 광호흡을 한다.

                  광호흡으로 생긴 글리콘산 받고 산화과정에서 과산화수소를 생성함.

                   카탈라제(catalase)가 있어 과산화수소를 물과 산소로 분해하여 무독화시킴.

 

⋅글리옥시솜: 지질함량이 높은 종자의 발아과정에서 지방산의 분해를 돕는다.

                     글리옥시솜이 분해한 지방산 대사물질은 Mt를 거쳐 세포질에서 당으로 전환(포도당신생합성)

 

⋅올레오솜: 종자발달과정에서 소포체가 합성한 중성지방을 저장함. 스페로솜⋅지질체⋅유체⋅기름방울

                  소포체에서 유래하여 인지질 단일층인 반단위막으로 둘러싸여있음.

                  올레오신 단백질이 반단위막에 분포되어있어 올레오솜이 서로 융합하지 못하게 함.

                  종자가 발아할때는 중성지방이 분해되어 지방산 되어 글리옥시솜으로 감(지방산분해를 도움)

 

⋅리소좀: 단막의 작은 액포. 여러 가수분해효소를 가진다. 동물세포에서 속이 비는 과정에 중요한 역할.

              조면소포체가 합성한 효소단백질은 활면소포체를 지나면서 화학적보안을 받고 ER⋅리소좀에 축적

 

⋅액포: 단일막. 식물세포만 관찰. 사멸한 세포분해⋅재활용에 사용되는 가수분해효소가 있다.

          정단분열세포에는 작은 액포가 많고, 세포성장시 액포도 커져서 세포부피 90%를 차지

          기능- 무기물이온⋅유기산⋅당⋅효소⋅저장단백질⋅2차대사산물이 저장.

         용질의 용도가 높아 물 흡수하고 세포팽압 유지. pH5.5로 세포질산도⋅효소⋅골격조립 조절

 

2. 세포막

(1) 유동모자이크발달

- 유동모자이크모델: 세포막이 지나고 있는 선택적⋅능동적 투과성의 특이성을 설명하기 위한 가장 실증성이 높은 단위막의 분자적 구성에 관한 가설

 

- 인지질의 양친매성:

세포막 주성분인 인지질분자는 친수성 영역과 소수성영역을 함께 갖고 있어 양친매성 나타냄.

닫힌 공간을 제공.

인지질2중층 내부에 소수성 영역은 극성분자나 하전된 분자의 확산⋅투과를 억제.

불포화지방산의 증가는 세포막유동성을 증가시킨다. (다리 들고있어서)

 

- 막단백질의 유동성: 인지질 이중층의 유동성에 의해 측면 이동이 가능. 친수성 영역표면⋅막에 내재

 

(2) 원형질막

- 세포질 내부를 다양한 공간으로 구획하는 소포체도 원형질막으로 구성되어 있음.

 

⋅기능: 세포막은 세포내부의 수용성 분자의 확산을 막는 장벽으로 작용된다.

⋅구성: 지질:단백질:탄수화물=40:40:20. 인지질⋅당지질⋅스테롤도 존재.

⋅세포막단백질: 인지질분자와 공유결합하여 이중층에 연걸. 세포골격과 상호작용하여 막구조 형성.

막단백질의 측면확산 이동⋅제한.

⋅기능: 원형질막 단백질은 운송, 신호전달, 세포골격요소의 세포벽분자 고정, 섬유소 미세섬유 조립,

          전자전달계 구성요소(PQ, Cy, PC,Fd), 물질의 선택적 수송통로(channel. carrier, pump) 작용.

          막을 관통하여 활성에 관혀하는 ‘내재형 단백질’. 이는 주변 단백질과 복합체 형성한다.

          H+-ATPase는 원형질막을 가로질러 전기화학적구배(수소이온방출)을 만들어 이온과 용질을

          운송하는 동력으로 작용하여 식물세포 능송수송체계에 관여

          원형질막의 H+-ATPase는 ATP가수분해반응으로 세포외부로 양성자 운송-> 세포의 산성화

          (세포벽 느슨해짐), 세포질 알칼리화 유도-> 세포활성⋅성장⋅발달에 영향을 줌.

 

3. 세포골격

(1) 개념

⋅ 기능 및 특성

- 세포골격은 세포구성요소를 공간적으로 고정시키거나 최적의 위치로 이동시켜 세포를 조직화하며

  세포분열⋅성장⋅분화 시킴

- 미세소관⋅미세섬유는 가역적으로 해리⋅결합이 가능하여 기초질의 변형구조체

세포특이성이 없고 인접 세포간 교환이 어느정도 가능하다.

⋅구성 : 세포골격중합체는 비공유결합에 의해 연결된 거대 소단위체로 구성. 3차원적 망상구조로 연결

⋅액틴-튜불린 중합반응

- 세포골격중합체는 비공유결합에 의해 연결된 거대분자 소단위체로 구성

- 이온농도⋅온도 같은 요인에 반응하여 구조가 조립되거나 해체됨. 역동적인 성질.

- 극성구조: 미세소관과 액틴섬유(미세섬유)는 이를 구성하는 소단위체가 비대칭 구조로 되어있어

극성을 지니며 방향성이 있다.

 

(2) 종류

⋅미세소관

-구조: α-튜불린, β-튜불린의 이형2합체가 원시세사를 구성. 13개 원시세사로 구성(변이도 있음)

-특징: 콜히친 처리하면 특이적으로 결합하여 미세소관(방추사)이 형성되지 못함

-기능: 셀룰로스 원섬유의 배열을 조절하여 세포생장방향을 조절 (세포형태형성)

세포셍장과정에서 세포벽 물질 정렬(세포분화와 세포벽 건축)

딕티오솜 알갱이(ER)를 세포벽쪽으로 움직이게함

방추사에 의한 염색체 이동과 세포판 형성

섬모와 편모에 의한 세포 이동에 관여

 

⋅미세섬유

-액틴구성: 375개 아미노산으로 구성된 구형 단백질. 단단한 나선형 섬유 형성

-기능: 자극을 세포내로 전달. 마이오신과 함께 원형질 유동. 세포내 운동에 관여

꽃가루관 신장에 필요한 세포벽 물질 분비소낭을 선단부로 배열하는데 관여

미세소관과 함께 유연성 지닌 세포골격 형성

 

⋅보조단백질

- 보조단백질: 세포골격(비계;scaffold)에 연결하는 연결체. 비계 변형하는 도구. 움직이는 모터

(myosin, dynein, kinesin) 역할을 수행(운동단백질)

- 가교단백질: 세포골격 중합체 사이에 결합 형성 (ex.핌브린, α-액티닌)

 

4. 세포벽: 세포외피

(1) 세포벽 구조⋅기능

⋅구조: 1차벽⋅2차벽. 2차벽은 미소원섬유에 따라 S1. S2, S3 3개 층으로 세분된다.

두꺼운 벽에는 벽공과 원형질 연락사가 발달. 벽공은 2차벽 몰입부를 말하며 인접한 두 세포의 벽공

은 서로 접하고 있어 벽공쌍을 이루며, 벽공쌍은 벽공막으로 분리됨. 벽공은 2차벽에는 없고 격막은

중층과 1차벽으로 구성.

원형질연락사는 격막을 가로질러 인접한 세포간 물질투과 등 원형질 연락을 담당.

 

⋅기능: 미세섬유사이에 리그닌, 수베린, 큐틴이 퇴적되면서 조직을 견고히 하며, 외부 영향을 완충, 출입제한

삼투현상으로 팽압이 증가해도 벽압으로 압력에 견딤

세포벽은 가소성이 있어 독특한 구조, 세포기능 특수화

세포벽 물리적 성질⋅탄성⋅함수량으로 기공개폐운동 가능

⋅세포벽 구성성분

(%)	밀(짚)	귀리(짚)	전나무	너도밤나무
셀룰로오스	39	44	57	44
헤미셀룰로오스	32	32	14	24
리그닌	17	19	28	22
펙틴	1	1	-	-

(2) 1차 세포벽

⋅셀룰로스: 1차세포벽 구성분은 포도당의 β(1-4)사슬 중합체로 구성. 수소결합으로 미세섬유 형성.

구성- 포도당⋅만노스⋅갈락토스⋅우론산⋅5탄당 자일로스⋅5탄당 아라비노스 등 포함

꽃가루 세포벽에는 β(1-3)사슬 중합체인 칼로스(Callose)함유(체관보호)

⋅헤미셀룰로스: 1차벽 25~50%차지. 미세섬유 연결하여 망상구조형성. 자일로스⋅우론산⋅아라비노스 당

⋅펙틴: 1차벽 10~35%차지. 갈락투론산이 많다. 분지되어있고 수화도가 높다.

⋅기타세포벽 물질: 수화프롤린이 풍부한 당단백질, 프롤린이 풍부한 단백질, 글리신이 풍부한 단백질,

구조단백질 등 방향성 물질로 구성

 

(3) 2차 세포벽

- 세포성장이 멈추면 1차세포벽 내부에 2차벽 형성. 미소원섬유의 배열에 따라 S1,S2,S3 3개층으로 세분화

⋅구성: 셀룰로스⋅헤미셀룰로스⋅펙틴⋅리그닌

⋅리그닌: 리그놀 단량체의 연쇄적인 중합체. 리그닌+다당류 결합. 셀룰로스보다 높은 강도의 구조 형성.

뿌리⋅줄기표피⋅코르크세포⋅손상된조직의 표면세포에 수베린이 쌓여 목화되고 잎줄기에 큐틴⋅왁스

 

(4) 원형질연락사

⋅구조: 두 세포 사이에 연결된 소포체로 둘러싸여 있다.

원형질연락사를 통과하는 소포체는 원통형의 가닥모양으로 되어있다. 데스모튜불 중앙부는 ‘중심부’

데스모튜불과 원형질막 사이 공간을 ‘세포질관(세포질환대)’.

원형질막과 소포체막에 단백질 삽입되어 미세 통로를 형성한다.

⋅기능: 자극의 전달. 물⋅신호전달물질⋅단백질 등 수송통로로 이용되어 세포사이 소통⋅물질교환.