세포벽,액포,수동수송,능동수송 - 벽포수동

 세포벽은 세포를 보호하고 모양을 유지합니다. 전 투과성으로 물질 출입의 조절 기능은 없습니다. 견고한 펙틴의 중층과 그 양쪽으로 셀룰로스가 쌓여 1차 벽을 이루고, 세포가 성숙하면서 리그닌, 수베린, 큐틴 등의 성분이 첨가되어 2차 벽을 형성합니다. 1차 벽과 리그닌이 첨가되면 목질화, 수베린과 합성되면 코르크화, 큐틴과 합쳐지면 큐티클 화가 됩니다.

 액포는 물질대사의 결과 생성된 당류, 유기산, 단백질, 안토시안 색소, 탄닌, 알칼로이드, 노폐물 등 여러 가지 물질을 저장하고 수분 함량을 조절하여 세포의 삼투압을 유지하고 세포의 형태 유지에 관여합니다. 구조는 단일 막으로 둘러싸인 주머니 모양이고, 주로 식물세포에 발달하여 어린 세포일 때는 크기가 작다가 세포가 오래될수록 그 크기가 커져 세포의 대부분을 차지하기도 합니다.

 ATP의 소모가 없는 수동적인 물질의 이동으로는 확산과 삼투가 있습니다. 확산은 분자의 운동에 의해 용액 내의 용질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 스스로 이동하여 전체적으로 농도가 균일하게 되는 현상입니다. 농도가 같아진 후에도 분자들은 끊임없이 움직입니다. 확산은 분자운동에 의한 것이므로 ATP의 소모는 없습니다. 확산 속도는 분자의 크기가 작을수록, 온도가 높을수록, 농도 차가 클수록 빨라집니다.

 세포막을 통한 확산의 종류에는 단순확산, 촉진 확산이 있습니다. 단순 확산은 물질이 고농도에서 저농도로 세포막을 통과해 직접 이동합니다. 일반적으로 크기가 작거나 지용성 물질은 세포막을 잘 통과하지만 이온과 같이 전하를 띠는 물질은 투과성이 낮습니다. 이온의 투과성은 전하량이 낮은 이온이 높은 이온보다 투과성이 높습니다. 촉진 확산이란 세포막은 인지질 이중층의 탄화수소 꼬리 부분인 소수성 부분 때문에 지질 성분은 단순 확산이 잘 되지만 포도당, 아미노산과 같이 크기가 크거나 극성을 띠어 친수성인 무기 이온 등은 세포막에 존재하는 운반체 단백질을 통해 선택적으로 확산이 되는 것을 말합니다. 촉진 확산은 단순 확산에 비해 확산 속도가 빠릅니다.

 삼투는 세포막이나 셀로 판막과 같은 반투과성 막 사이에 두고 두 용해의 농도가 다를 때 저농도에서 고농도로 용매가 확산하는 현상입니다. 삼투는 확산과 마찬가지로 막을 사이에 둔 두 용액의 농도가 같아지려는 현상이며, 용매와 용질 중 어떤 것이 이동하느냐의 차이입니다. 반투과성막에는 미세한 틈이 있어 크기가 작은 용매 분자는 잘 통과시키지만 크기가 비교적 큰 용질 분자는 통과시키지 않는 성질이 있습니다. 전 투과성막은 식물세포의 세포벽처럼 틈의 크기가 커서 용매와 용질은 모두 통과시키는 막입니다. 농도가 다른 두 용액을 세포막과 같은 성질을 가진 반투과성 막을 경계로 두면 삼투현상이 일어나는데, 충분한 시간이 지나면 용매 분자의 확산은 평형을 이룹니다. 이때 반투과성 막이 받는 압력을 삼투압이라고 합니다. 삼투압은 용액의 농도 차가 클수록 높아지며, 같은 농도 조건에서는 온도가 높을수록 높아집니다.

 어떤 특정 용액과 동일한 삼투압을 가진 용액을 등장액, 낮은 삼투압을 가진 용액을 저장액, 높은 삼투압을 가진 용액을 고장액이라고 합니다. 적혈구와 같은 동물세포를 고장액에 넣으면 세포로부터 삼투현상에 의해 세포에서 빠져나가는 물의 양이 들어오는 물의 양보다 많아 세포가 쪼그라들게 됩니다. 반대로 세포를 저장액에 넣으면 세포 속으로 들어오는 물의 양이 빠져나가는 물의 양보다 많아 세포가 팽창하고 세포막이 버티질 못하게 되어 세포가 터져 버리는 용혈 현상이 나타납니다.

 식물 세포를 고장액에 넣으면 세포 속으로 들어오는 물의 양보다 빠져나가는 물의 양이 많아 원형질 부피가 줄어듭니다. 부피가 계속 줄어들면 어느 순간 세포막이 세포벽으로부터 분리됩니다. 이를 원형질 분리라고 하는데, 원형질 분리가 일어난 세포는 저장액에 넣어주면 세포의 부피가 원래의 상태로 회복되거나 부풀어 오를 수 있습니다. 이와는 반대로 식물 세포를 저장액 속에 넣으면 세포 안으로 유입되는 물의 양이 빠져나가는 물의 양보다 많아 부피가 늘어나지만 단단한 세포벽이 있어 동물세포벽처럼 터지지는 않습니다. 이때 세포 안쪽으로부터 바깥쪽으로 세포벽에 가해지는 압력을 팽압이라고 합니다.

 식물 세포는 물의 흡수함에 따라 세포벽에 가해지는 팽압이 증가하여 세포의 흡수력이 점차 줄어들게 됩니다. 따라서 흡수력= 삼투압 -  팽압의 관계가 성립됩니다. 삼투압과 팽압이 같아지는 지점에서는 물의 흡수력은 0이 되고 세포의 부피는 최대가 되는데, 이때를 팽윤 상태라고 하고 팽압이 0보다 작아지게 되면 원형질 분리 현상이 일어납니다.

 삼투압은 용액에 들어있는 용질의 입자 수에 비례하는데, 용질이 전해질과 같이 이온화하면 생성된 이온의 수에 따라 비례하여 삼투압이 증가합니다.

 ATP의 소모가 필요한 능동적인 물질의 이동에는 능동수송, 내포작용, 외포작용이 있습니다. 능동수송은 세포 내에 필요한 물질이 세포 내보다 외부 쪽의 농도가 낮은 경우 삼투 현상에 의해서는 물질이 이동할 수 없으므로 세포막에 있는 운반체 단백질을 통해 ATP를 소모하면서 농도 구배에 역행하여 물질을 수송시키는 경우를 말합니다. 운반체 단백질은 특정 물질만을 이동시키므로 세포막의 선택적 투과성과도 관계가 있습니다. 능동 수송은 ATP가 소모되므로 살아있는 세포에서만 관찰될 수 있습니다. 능동 수송 시 대부분의 수송체는 ATP와 결합해서 ATP의 가수분해로 얻은 에너지를 이용하여 능동수송을 하지만 일부의 수송체는 직접 펌프 된 이온의 농도 구배에 저장된 에너지를 사용합니다. ATP를 이용한 이온의 직접 수송이 농도 기울기를 만들게 되고, 확산에 의해 농도 기울기가 감소할 때 방출된 에너지로 다른 분자나 이온의 펌핑에 사용하는 경우가 그 예시입니다.