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식물 세포

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목차

1. 개요

식물 세포는 세포벽, 액포, 원형질연락사, 엽록체 등 동물 세포와 구별되는 특징을 가진다. 세포벽은 셀룰로스 등으로 구성되어 세포의 형태를 유지하고 보호하며, 액포는 팽압 유지, 물질 저장, 노폐물 분해 등의 기능을 한다. 엽록체는 광합성을 통해 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하며, 원형질연락사는 세포 간 물질 교환과 통신을 담당한다. 식물 세포는 분열 조직에서 분화되어 다양한 조직을 형성하며, 유조직, 후각 조직, 후벽 조직, 물관부, 체관부, 표피 세포 등으로 구성된다.

2. 특징

3. 식물 세포 및 조직의 유형

식물 세포는 분화하여 다양한 조직을 형성하며, 각 조직은 특정 기능을 수행한다. 주요 조직 유형은 다음과 같다.


  • 물관부: 실루리아기에 처음 나타났으며, 관다발 식물의 공유 파생 형질이다. 헛물관과 물관으로 구성되어 물과 무기 양분을 수송한다. 헛물관은 겉씨식물에서 더 복잡한 구조를 가지며, 속씨식물은 물관도 가진다. 선태식물에는 실제 목부 조직이 없지만, 포자체는 더 단순한 구조의 길쭉한 세포로 구성된 하이드롬으로 알려진 수분 전도 조직을 가지고 있다.
  • 체관부: 고등 식물에서 영양분을 운반하는 조직으로, 체관과 보조 세포로 구성된다. 체관은 세포 핵과 리보솜이 없어 보조 세포에 의해 제어되며, 사판을 통해 광합성 산물을 운반한다. 선태식물은 체관부가 없지만, 이끼 포자체는 렙토메라고 알려진 유사한 기능을 가진 더 단순한 조직을 가지고 있다.
  • 표피: 잎, 줄기, 뿌리 표면을 덮는 특수화된 유조직 세포이다. 큐티클 층으로 덮여 있으며, 기공의 공변세포, 선모, 1차 뿌리의 뿌리털 등 다양한 세포 유형이 존재한다. 대부분의 식물에서 잎 표피의 공변세포만이 엽록체를 가진다. 공중 기관의 표피 세포는 식물 줄기 끝 부분을 덮고 있는 '튜니카'(L1 및 L2층)라고 알려진 세포의 표면층에서 발생하며,[20] 피층과 혈관 조직은 '코퍼스'(L3층)라고 알려진 줄기 끝 부분의 가장 안쪽 층에서 발생한다. 뿌리의 표피는 뿌리골무 바로 아래의 세포층에서 유래한다. 1차 줄기의 표피 세포는 큐틴을 합성할 수 있는 생화학적 능력을 가진 유일한 식물 세포로 여겨진다.[22]

3. 1. [[유조직]]

유조직 세포는 광합성, 물질 저장, 수송 세포 등 다양한 기능을 수행한다. 엽록체를 많이 포함한 유세포는 엽육 세포라고 불린다.[57] 관다발에 있는 물관과 체관을 제외하고, 잎은 주로 유세포로 구성된다. 표피와 같이 일부 유세포는 빛을 투과하고 초점을 맞추거나 기체 교환을 조절하는 데 특화되어 있지만, 다른 세포는 식물 조직에서 특화되어 있지 않은 세포이며, 평생 동안 미분화 세포의 새로운 집단을 생성하기 위해 분열할 수 있는 전능성 세포로 남아 있을 수 있다.[56] 유세포는 얇고 투과성이 있는 1차 벽을 가지고 있어 작은 분자를 그들 사이에 운반할 수 있으며, 세포질은 꽃꿀 분비나 초식성을 저해하는 2차 생성물의 제조와 같은 광범위한 생화학적 기능을 담당한다. 감자 덩이줄기에 있는 유세포의 대부분과 콩과 식물의 씨앗 자엽과 같은 다른 세포들은 저장 기능을 가지고 있다.

3. 2. [[기본 조직#후각 조직|후각조직]]

후각세포는 성숙했을 때도 살아있으며, 두꺼운 셀룰로스 세포벽을 가지고 있다.[58] 이 세포는 처음에는 유조직과 유사한 분열조직 파생물에서 성숙하지만, 그 차이점은 빠르게 나타난다. 색소체는 발달하지 않고, 분비 기구(소포체 및 골지체)가 증식하여 추가적인 1차벽을 분비한다. 벽은 보통 세 개 이상의 세포가 접촉하는 모서리에서 가장 두껍고, 두 개의 세포만 접촉하는 모서리에서 가장 얇다. 그러나 벽이 두꺼워지는 다른 배열도 가능하다.[58] 펙틴과 헤미셀룰로스는 쌍떡잎식물 피자식물 주엽 세포벽의 주요 구성 성분이며, 우산나물의 셀룰로스 함량은 20%에 불과하다.[59] 후각세포는 일반적으로 매우 길쭉하며, 가로로 분열하여 격벽 모양을 나타낼 수 있다. 이 세포의 역할은 길이가 자라는 축에서 식물을 지지하고 조직에 유연성과 인장 강도를 부여하는 것이다. 1차 벽에는 단단하게 만드는 리그닌이 부족하므로 후각세포는 지지체(plastic support)를 제공한다. 이 지지체는 어린 줄기나 잎자루를 공중에 고정할 수 있지만, 세포 주변의 세포처럼 늘어날 수 있는 긴 지지체이다.

3. 3. [[기본 조직#후막 조직|후벽조직]]

후벽 조직은 석세포와 섬유 두 종류의 세포로 구성된 조직으로, 1차 세포벽 내부에 리그닌화된 이차 벽[20]이 있다. 이차 벽은 세포를 경화시키고 물에 대한 투과성을 없앤다. 결과적으로, 석세포와 섬유는 일반적으로 기능적 성숙 단계에서 죽으며, 세포질이 없어지고 빈 중심 공동이 남는다.[58] 석세포(돌세포)는 잎이나 열매에 거친 질감을 부여하는 단단하고 질긴 세포이다. 작은 곤충 유충의 소화 통로를 손상시켜 초식 동물의 섭식을 억제할 수 있다. 석세포는 복숭아 및 다른 많은 과일의 단단한 씨앗 벽을 형성하여 발달 중인 씨앗을 물리적으로 보호한다. 섬유는 리그닌화된 이차 벽을 가진 길쭉한 세포로, 초본 식물의 잎과 줄기에 하중 지지력과 인장 강도를 제공한다. 후벽 조직 섬유는 물관부처럼 물과 영양분, 사부처럼 탄소 화합물의 전도에는 관여하지 않지만, 초기 육상 식물에서 물관부와 사부 초기 세포의 변형으로 진화했을 가능성이 높다.

3. 4. [[물관부]]

물관부는 헛물관과 물관으로 구성되며, 물과 무기 양분을 뿌리에서 식물체 전체로 수송한다. 관다발 식물의 특징이다.[60][21][38]

헛물관은 세포벽이 목질화되어 2차적으로 두꺼워지는 길쭉한 세포로, 물의 전도에 특화되어 있으며, 4억 2,500만 년 전 실루리아기에 식물이 육지로 이동하면서 처음 나타났다. 헛물관은 뾰족하고 길쭉한 물관세포로, 연속적인 1차 세포벽과 고리 또는 그물망 형태의 목질화된 2차 벽을 가지고 있다. 유연공이라고 불리는 판막 모양의 천공이 있는 더 복잡한 기관은 겉씨식물의 특징이다.

양치식물과 기타 양치식물과 겉씨식물은 물관기관만을 가지고 있는 반면, 속씨식물은 물관도 가지고 있다. 물관은 끝벽이 없는 속이 빈 목부 세포로 끝과 끝이 정렬되어 길고 연속적인 튜브를 형성한다.

선태식물에는 실제 목부 조직이 없지만, 포자체는 더 단순한 구조의 길쭉한 세포로 구성된 하이드롬으로 알려진 수분 전도 조직을 가지고 있다.

3. 5. [[체관부]]

체관부는 고등 식물에서 영양분 수송을 위해 특화된 조직으로, 주로 삼투압에 의해 생성된 압력 기울기를 따라 수크로스를 수송하며, 이는 전위라고 불리는 과정이다.[20] 체관부는 사부 요소, 보조 세포, 유세포, 체관 섬유, 후벽 세포로 구성된 복잡한 조직이다.[20] 사부 요소는 ''사판''이라고 알려진 구멍이 뚫린 종판으로 끝과 끝이 연결되어 있어 광합성 산물의 수송을 가능하게 한다. 사부 요소는 세포 핵과 리보솜이 없어, 인접한 핵을 가진 보조 세포가 이들의 신진대사와 기능을 조절한다. 원형질 연락을 통해 사부 요소에 연결된 보조 세포는 체관부에 당을 채우는 역할을 한다. 선태식물은 체관부가 없지만, 이끼 포자체는 렙토메라고 알려진 유사한 기능을 가진 더 단순한 조직을 가지고 있다.

3. 6. [[표피 (식물학)|표피]]

식물 표피는 잎, 줄기, 뿌리의 외부 표면을 덮는, 조직으로 특화된 유조직 세포로 구성되어 있다. 표피에는 여러 종류의 세포가 존재할 수 있는데, 이들 중에서 특히 주목할 만한 것은 다음과 같다.

  • 식물과 대기 사이의 기체 교환 속도를 조절하는 기공의 공변세포
  • 선모 및 털
  • 1차 뿌리의 뿌리털[20]


대부분의 식물에서 잎 표피의 경우, 공변세포만이 엽록체를 가지고 있다. 엽록체는 광합성에 필요한 녹색 색소인 클로로필을 포함하고 있다. 공중 기관의 표피 세포는 식물 줄기 끝 부분을 덮고 있는 '튜니카'(L1 및 L2층)라고 알려진 세포의 표면층에서 발생하며,[20] 피층과 혈관 조직은 '코퍼스'(L3층)라고 알려진 줄기 끝 부분의 가장 안쪽 층에서 발생한다. 뿌리의 표피는 뿌리골무 바로 아래의 세포층에서 유래한다. 뿌리를 제외한 모든 공중 기관의 표피는 폴리에스터 큐틴 또는 폴리머 큐탄(또는 둘 다)으로 만들어진 큐티클로 덮여 있으며, 표면에 표피 왁스 층이 있다. 1차 줄기의 표피 세포는 큐틴을 합성할 수 있는 생화학적 능력을 가진 유일한 식물 세포로 여겨진다.[22]

애기장대의 표피 세포

4. 세포소기관

식물 세포는 동물 세포에는 없는 독특한 세포소기관들을 가지고 있다. 주요 세포 소기관은 다음과 같다.

4. 1. [[세포벽]]

식물 세포는 세포막 바깥쪽에 세포벽을 가지고 있으며, 세포벽은 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 펙틴으로 구성되어 있다.[40] 식물 세포의 세포벽은 키틴으로 구성된 균류의 세포벽, 펩티도글리칸으로 구성된 세균의 세포벽, 슈도펩티도글리칸으로 구성된 고세균의 세포벽과 대조적이다.[40] 많은 경우 리그닌과 수베린이 원형질체에 의해 분비되어 1차 세포벽 내부에 2차 세포벽 층을 이룬다.[40] 큐틴은 1차 세포벽 외부나 잎, 줄기 등 땅 위에 위치한 기관의 표피 세포의 2차 세포벽 바깥층으로 분비되어 식물 큐티클을 형성한다.[40] 세포벽은 식물의 조직과 기관의 모양을 형성하고, 세포 간 통신이나 식물-미생물 상호 작용에 중요한 역할을 하는 등 많은 필수 기능을 수행한다.[40] 또한 세포벽은 성장하는 동안 유연하며, 원형질연락사라고 하는 작은 구멍을 통해 세포 간에 영양분과 식물 호르몬의 교환을 허용한다.[2]

4. 2. [[엽록체]]

식물 세포에는 색소체가 포함되어 있으며, 이 중 가장 주목할 만한 것은 엽록체이다. 엽록체는 녹색 색소인 엽록소를 포함하고 있는데, 이 엽록소를 통해 햇빛 에너지를 화학 에너지로 변환한다. 이러한 변환의 대표적인 예시는 식물이 물과 이산화탄소로부터 스스로 양분을 만드는 광합성이다.[45] 다른 유형의 색소체에는 전분 저장에 특화된 녹말체, 지방 저장에 특화된 지방형성체, 엽록소 이외의 색소 합성 및 저장에 특화된 잡색체가 있다. 미토콘드리아와 마찬가지로 37개의 유전자를 암호화하는 게놈을 가지고 있으며,[46] 색소체는 약 100-120개의 고유한 유전자에 대한 게놈을 갖는다.[47] 이 사실로 보아 색소체는 육상 식물이나 조류와 같은 진핵생물의 초기 조상의 세포에 살던 원핵생물인 내생공생생물로 발생한 것으로 추측된다.[48]

4. 3. [[액포]]

많은 종류의 식물 세포에는 중앙에 큰 액포가 위치하고 있다. 액포를 둘러싸고 있는 막은 액포막[41]이라고 하며, 액포는 액포막에 둘러싸인 채 물로 채워져 있는 공간이다. 액포막은 세포의 팽압을 유지하고, 세포질과 수액 사이의 분자 이동을 제어하며, 인이나 질소[42] 같은 유용한 물질을 저장하고, 노폐물인 단백질과 세포 소기관을 소화한다.

4. 4. [[원형질연락사]]

원형질연락사[43]는 1차 세포벽에 있는 구멍으로, 인접한 세포의 원형질막과 소포체[44]가 연결되어 세포 간 물질 교환 및 통신 통로 역할을 한다.[2]

4. 5. [[색소체]]

식물 세포에는 색소체가 있으며, 이 중 가장 주목할 만한 것은 엽록체이다. 엽록체는 광합성 과정에서 햇빛 에너지를 화학 에너지로 변환하여 식물이 물과 이산화탄소로부터 스스로 양분을 만드는 데 사용되는 녹색 색소인 클로로필을 포함하고 있다.[7]

색소체의 다른 유형으로는 녹말 저장을 전문으로 하는 아밀로플라스트, 지방 저장을 전문으로 하는 엘라이오플라스트, 색소의 합성 및 저장을 전문으로 하는 색소체가 있다. 미토콘드리아와 마찬가지로 37개의 유전자를 암호화하는 유전체를 가지고 있으며,[8] 색소체는 약 100~120개의 고유 유전자를 가진 자체 유전체를 가지고 있다.[9] 이는 색소체가 육상 식물과 조류의 초기 진핵생물 조상 세포 내에 살았던 원핵생물 공생체였음을 시사한다.[10]

참조

[1] 학술지 Plant cell walls 2010
[2] 서적 Plant Cells, Third Edition https://books.google[...] Infobase Holdings, Inc 2021-08-01
[3] 학술지 The vacuole: a cost-benefit analysis 1997
[4] 학술지 The role of vacuoles 1987
[5] 학술지 Signalling via plasmodesmata-the neglected pathway 1993
[6] 학술지 Endoplasmic reticulum in the formation of the cell plate and plasmodesmata 1982
[7] 백과사전 Photosynthesis: importance, process, & reactions https://www.britanni[...] 2018-04-15
[8] 학술지 Sequence and organization of the human mitochondrial genome 1981
[9] 학술지 ChloroplastDB: the chloroplast genome database 2006
[10] 서적 Origin of eukaryotic cells https://archive.org/[...] Yale University Press 1970
[11] 학술지 Green algae and the origin of land plants 2004
[12] 학술지 Phragmoplastin, green algae and the evolution of cytokinesis 2003
[13] 학술지 Assembly and motility of eukaryotic cilia and flagella. Lessons from ''Chlamydomonas reinhardtii'' 2001
[14] 학술지 An electron microscope study of the spermatozoid of ''Sphagnum'' 1952
[15] 학술지 On the structure of the axoneme in flagella of ''Polytrichum juniperinum'' 1967
[16] 서적 Biology of Plants https://archive.org/[...] W.H. Freeman 1999
[17] 학술지 Kulturversuche mit isolierten Pflanzenzellen Akademie der Wissenschaften in Wien Sitzungsberichte 1902
[18] 서적 Botany : An Introduction to Plant Biology https://www.worldcat[...] 2021
[19] 서적 The plant cell wall Gebrüder Borntraeger 1959
[20] 서적 Plant Anatomy Part 1. Cells and Tissues Edward Arnold 1977
[21] 서적 Xylem structure and the ascent of sap Springer-Verlag 2003
[22] 간행물 Biosynthetic pathways of cutin and waxes, and their sensitivity to [[environmental stresses]] BIOS Scientific publishers Ltd. 1996
[23] 학술지 The vacuole: a cost-benefit analysis
[24] 서적 Advances in Botanical Research Academic Press
[25] 문서 Signalling via plasmodesmata-the neglected pathway. Seminars in Cell Biology 4, 131–138 1993
[26] 문서 Endoplasmic reticulum in the formation of the cell plate and plasmodesmata. Protoplasma 111, 121–133 1982
[27] 문서 Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature 290, 4–65 1981
[28] 문서 ChloroplastDB: the chloroplast genome database. Nucleic Acids Research, 34, D692-696 2006
[29] 서적 Origin of eukaryotic cells Yale University Press, New Haven 1970
[30] 문서 Green algae and the origin of land plants. American Journal of Botany 91, 1535–1556 2004
[31] 문서 Phragmoplastin, green algae and the evolution of cytokinesis. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 53, 1715–1718 2003
[32] 문서 An electron microscope study of the spermatozoid of ''Sphagnum''. Journal of Experimental Botany 3, 265–275 1952
[33] 문서 On the structure of the axoneme in flagella of ''Polytrichaceae|Polytrichum juniperinum''. Transactions of the American Microscopical Society, 86, 428–433 1967
[34] 문서 Assembly and motility of eukaryotic cilia and flagella. Lessons from ''Chlamydomonas reinhardtii''. Plant Physiology 127, 1500–1507 2001
[35] 문서 Biology of Plants, 6th edition. WH Freeman, New York 1999
[36] 서적 The plant cell wall. Gebrüder Borntraeger 1959
[37] 서적 Plant Anatomy Part 1. Cells and Tissues Edward Arnold 1977
[38] 서적 Xylem structure and the ascent of sap Springer-Verlag 2003
[39] 간행물 Biosynthetic pathways of cutin and waxes, and their sensitivity to environmental stresses BIOS Scientific publishers Ltd. 1996
[40] 저널 Plant cell walls 2010
[41] 저널 The vacuole: a cost-benefit analysis 1997
[42] 저널 The role of vacuoles 1987
[43] 저널 Signalling via plasmodesmata-the neglected pathway 1993
[44] 저널 Endoplasmic reticulum in the formation of the cell plate and plasmodesmata https://archive.org/[...] 1982
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[46] 저널 Sequence and organization of the human mitochondrial genome 1981
[47] 저널 ChloroplastDB: the chloroplast genome database 2006
[48] 서적 Origin of eukaryotic cells https://archive.org/[...] Yale University Press 1970
[49] 저널 Viral Manipulation of Plant Host Membranes Annual Reviews (publisher) 2014-11-03
[50] 저널 Green algae and the origin of land plants http://www.amjbot.or[...] 2022-03-07
[51] 저널 Phragmoplastin, green algae and the evolution of cytokinesis 2003
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[59] 서적 The plant cell wall Gebrüder Borntraeger 1959
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