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31장 무기물과 당의 수송
막은 선택적 투과성을 띤다.
▶ 수동수송이란?
▶ 능동수송이란?
▶ 막에 박혀 있는 수송단백질은 양분수송을 돕는다: 몇몇 특정 수송단백질에 의해 식물세포가 주변의 환경과는 다 른 내부의 환경을 유지시킬 수 있다.
31.1 식물에서 다양한 거리의 물질수송은
물리적인 힘으로 이루어진다
양성자 펌프에 의한 막전위 형성
▶ 양성자 펌프는 식물세포의 세포막에서 가장 중요한 능동 수송 단백질로 세포 밖으로 수소이온을 배출하기 위해 ATP에너지를 사용한다.
▶ 그 결과, 막전위 형성에 기여한다. 또한 막전위와 양성자 펌프에 의해 생기는 H+ 기울기는 여러 가지 용질을 이동 시키는 데 사용된다.
▶ 공동수송(cotransport)이란?
▶ 화학삼투는 막을 사이에 둔 양성자 기울기로서 세포에서 에너지 방출 과정을 에너지 소모 과정과 연결하는 것이 주된 특징이다.
수분포텐셜은 물의 자유에너지 측정값이다.
▶ 삼투란?
▶ 수분포텐셜은 용질의 농도와 물리적 압력이 합해진 효과 에 해당하는 측정값으로 물의 이동방향을 결정한다.
▶ 순수한 물은 0 메가파스칼의 수분포텐셜을 가지는 반면, 용해된 용질을 가진 물은 음의 수분포텐셜을 가진다.
▶ 물은 높은 수분포텐셜 부위에서 낮은 수분포텐셜 부위로 이동한다. 예) -7 MPa → -9 MPa로 물이 이동
용질과 압력은 수분포텐셜에 영향을 준다.
▶ 용질포텐셜은 용액에 녹아 있는 용질분자의 농도와 비례 한다.
▶ 용질포텐셜은 용질이 삼투현상의 방향에 영향을 주기 때 문에 삼투포텐셜이라고도 부른다.
▶ 압력포텐셜은 용액의 물리적 압력이다.
▶ 팽압은 세포 내용물이 세포막을 세포벽으로 밀 때 발생하 는 압력이다.
▶ 원형질 분리란 세포가 쭈글어들어 세포벽으로부터 떨어 지는 현상이다.
▶ 건강한 식물은 물관부를 지탱할 수 있고 부풀어 있으나, 건강하지 않은 식물은 팽팽함을 잃는데 이러한 효과를 시 드는 현상이라 한다.
물질이동의 3가지 경로
▶ 심플라스트는 원형질연락사로 연결된 세포질의 연속체이 다.
▶ 아포플라스트는 세포벽을 포함한 세포외 공간의 연속체 이다.
▶ 물질이동은 심플라스트 경로, 아포플라스트 경로, 심플 라스트와 아포플라스트 경로 등 크게 3가지 경로를 따라 일어난다.
아쿠아포린은 물이 세포막이나 액포막을 통과 하도록 돕는 수송단백질이다.
장거리 물질수송은 물관과 체관을 통해 이루어 진다.
▶ 식물에서의 양분과 물, 무기질의 장거리 수송은 압력에 의한 액체의 움직임인 부피유동에 의해서 일어난다.
뿌리털은 뿌리 끝 근처에서 흡수작용에 가장 중 요한 통로이다.
▶ 전체 뿌리 시스템을 통한 양분 흡수의 대부분은 뿌리와 곰팡이의 공생적 연합인 균근이 책임지고 있다.
▶ 일단 토양액이 뿌리 안으로 들어오면 세포막의 엄청난 표면적을 통해 물과 선택된 용질의 흡수를 증가시킨다.
31.2 뿌리는 물과 무기질을 토양에서
흡수한다
물은 심플라스트와 아포플라스트를 거쳐 피층 을 통과한다.
▶ 아포플라스트를 거쳐 내피에 도달하는 무기질은 내피세 포의 선택적 투과성 막을 최종적으로 통과해야만 한다.
▶ 내피세포벽에 있는 카스파리안선의 왁스질이 표피에서 관다발 기둥으로 가는 아포플라스트 수송을 막는다.
일부 잎은 엽병기부에 작은 잎과 같은 돌기를 가진다.
▶ 잎은 하나의 엽신을 가진(단엽) 또는 엽신이 두 개 이상 의 소엽으로 나누어진(복엽) 구조를 가진다.
▶ 줄기에서 잎은 호생, 대생 또는 윤생 배열을 한다.
31.3 잎은 증산을 하는 기관이다
잎이 생겨나는 순서를 잎차례라 하고 이렇게 형 성된 잎들은 잎면적 지표를 형성한다.
▶ 잎차례는 지상부 정단분열조직에서 결정된다.
▶ 빛에 노출된 잎면적이 증가할수록 광합성이 증가한다.
기공은 광합성에 필요한 가스교환을 하는 표피 에 있는 작은 구멍이다.
▶ 각 기공은 두 개의 공변세포에 의해 싸여 있다.
▶ 부세포는 기공의 개폐 동안 그 모양을 변형시켜 공변세 포 내외로 이동하는 물과 이온의 저장소로 이용된다.
▶ 잎맥은 잎에 필수 무기염류와 물을 수송하는 물관부와 광합성에 의해 생성된 당을 식물체의 다른 부위로 수송하 는 체관부를 가지고 있다.
잎의 구조는 일차적으로 광합성 기능을 위해 적 응되어 있다.
▶ 대부분의 잎은 태양방사 에너지의 수집에 상당히 효율적 인 넓고 편평한 엽신을 가진다.
▶ 기공은 일반적으로 광합성 동안 필요한 가스교환을 위해 낮에 열리고, 반대로 밤에는 수분 보전을 위해 닫힌다.
▶ 기공개폐는 K+의 농도, 팽압의 변화에 의해 조절된다.
▶ 엽육조직의 세포간극은 엽육세포 안으로 물과 이산화탄 소, 그리고 바깥으로 산소가 빠르게 확산되도록 한다.
증산은 기공을 통해 일어난다.
▶ 증산율은 온도, 바람 및 상대습도와 같은 환경요인에 의 해 영향을 받는다.
▶ 증산은 수분보유의 필요성과 광합성을 위한 이산화탄소 의 요구 사이에서 균형을 유지해야 한다.
▶ 일액현상은 토양에 가용한 수분이 풍부하고 증산이 일어 나지 않을 때 특별한 구조를 통해 일어난다.
식물은 물의 손실에 대응하여 적응한다.
▶ 잎의 음푹 파인 곳에 기공이 있어서 증산을 방지할 수 있 고, 더불어 작은 가시와 같은 구조적 적응으로 인하여 일 부 식물들은 건조한 환경에서도 생존할 수 있다.
▶ 건생식물은 다양한 잎의 변형을 통해 증산율을 줄여 메 마른 기후에 적응하였다.
물과 무기질은 물관부를 통해 뿌리에서 줄기로 올라간다.
▶ 증산작용으로 물관에 형성된 음압에 의한 압력포텐셜 차 이로 물은 응집력과 부착력에 의존해 잎쪽으로 당겨진다.
▶ 뿌리 피층으로부터 물이 흘러들어와 물관액을 밀어올리 는 뿌리압이 형성된다.
▶ 결국, 부피유동에 의해 뿌리에서 흡수한 물과 무기물 등 이 혼합된 물관액이 상승한다.
31.4 물관액의 이동은 음압에 의한
부피유동이다
당은 공급원에서 수용원으로 이동한다.
▶ 당 공급원이란 광합성 또는 녹말 분해작용으로 당의 순생 산이 일어나는 식물기관이다. 예) 알뿌리 등 저장기관, 성장한 잎
31.5 당은 필요로 하는 곳으로 운반된다
▶ 당수용원이란 식물에서 결과적으로 당이 소모되거나 저 장되는 기관이다. 발생하고 있는 뿌리나 줄기 끝은 당 수 용원의 예가 된다.
▶ 전달세포란 동반 세포의 세포벽에 안으로 돌출된 부분이 많아 아포플라스트와 심플라스트 사이에 용질이 더 많이 전달되도록 변형된 세포이다.
동반세포는 공급원에서 체관 속으로 당을 선적 하는데, 이 과정에는 ATP가 필요하다.
▶ 체관에 당을 싣거나 내리는 일은 능동수송에 의한다.
▶ ATP는 체관 밖으로 양성자를 퍼내기 위한 에너지로 소모 된다.
▶ 양성자 기울기는 체관 속으로 양성자의 농도기울기에 역 행하는 공동수송에 의해 당이 수송되게 한다.
▶ 그래서 체관 내에 당이 축적되고, 삼투현상에 의해 체관 속으로 물의 이동이 일어난다.
동반세포는 수용부(sink)에 있는 체관으로부터 능동적 방법과 수동적 방법으로 당을 하적한다.
▶ 결국 물은 삼투현상에 의해 체관으로부터 빠져나오고, 체관 내의 팽압(유체역학적 압력)이 작용한다.
▶ 공급원과 수용부 사이의 물질 흐름은 공급원의 체관부에 서 물이 들어가고 수용부의 체관부에서 물이 빠져나옴으 로써 생성된 팽압기울기에 의해 일어난다.
심플라스트는 매우 역동적인 구역이다.
▶ 원형질연락사는 지속적으로 변화하여 RNA나 단백질의 이동에 관여한다.
▶ 체관의 전기 신호 전파에 관여한다.
