식물구성단계, 효소, 기질 -식효질

 식물의 구성 단계에는 동물에서 볼 수 없는 조직계라는 단계가 존재합니다.

 생장점, 형성층과 같이 세포 분열이 왕성하게 일어나는 분열 조직이 있습니다. 영구 조직은 분열 조직에서 만들어진 세포들이 분화한 것으로, 분열 능력은 없습니다. 영구 조직에는 표피 조직과 유조직, 기계조직, 통도 조직이 있는데, 표피 조직은 식물의 표면을 덮고 있는 조직으로, 한 층의 세포로 되어있습니다. 표피, 뿌리털, 공변세포 등으로 구성됩니다. 유조직은 식물을 대부분 차지하는 조직으로, 생명 활동이 활발한 살아 있는 세포로 구성되어 있습니다. 광합성, 호흡, 물질 저장, 분비 작용이 일어나며 책상 조직, 해면 조직, 줄기의 피층 등을 구성하게 됩니다. 기계 조직은 식물을 단단하게 지지하는 조직으로, 두꺼운 세포벽을 가집니다. 종자의 껍데기나 섬유 등을 구성합니다. 통도 조직은 물과 양분의 이동 통로가 되는 조직으로 줄기의 관다발이나 잎의 잎맥에 존재합니다. 물관, 헛물관, 체관이 있습니다.

 식물은 동물과는 달리 하나의 조직이 식물체 전체에 연속적으로 연결되어 있는데, 이를 조직계라고 합니다. 표피 조직계는 표피조직으로 구성되어 있으며, 식물의 겉을 둘러싸 보호합니다. 관다발 조직계는 물질의 이동통로이며 동시에 식물을 지지하는 역할도 합니다. 물관부와 체관부로 나뉘는데, 그 사이에 분열조직인 형성층이 있는 경우도 있습니다. 기본 조직계는 표피 조직계와 관다발 조직계를 제외한 나머지 부분입니다. 대부분이 유조직이며, 일부 기계조직이 포함됩니다. 양분의 합성, 저장 등의 기능을 합니다.

 식물의 영양기관은 양분의 합성과 저장을 담당합니다. 뿌리, 줄기, 잎이 해당합니다. 생식 기관은 씨앗을 만들어 종족을 보존하는데 꽃과 열매가 이에 해당합니다.

 생물체 내에서 일어나는 화학반응은 기본적으로 생체 밖에서 일어나는 반응과 같습니다. 그러나 몇 가지 다른 점이 존재하는데, 생물체 밖에서의 화학반응은 높은 온도와 압력을 가해 주어야 반응이 일어나며, 한 단계로 일어나기 때문에 한꺼번에 모든 에너지가 방출되며, 이에 따라 온도가 매우 높아지는 경향이 있습니다. 그러나 생체 내의 화학반응은 여러 중간 생성물이 생기면서 단계적으로 일어나기 때문에 에너지가 한꺼번에 방출되거나 소모되지 않아 세포에 손상을 입히지 않으며, 각 단계는 체온 범위의 온도와 대기압 정도의 압력에서 반응이 신속하게 일어납니다. 이것은 생체 내 반응은 효소가 반응의 촉매작용을 하기 때문인데, 이 때문에 각 단계에 작용하는 효소 중 하나만 부족하더라도 전체적인 반응이 억제됩니다.

 생물체는 영양소를 분해해서 얻은 저분자 물질을 이용하여 몸을 구성하는 데 필요한 물질을 합성하고 영양소의 산화, 분해 과정에서 발생한 에너지로 생활합니다. 이렇게 생명 활동을 유지하기 위해서는 생물체 내에서 일어나는 모든 화학반응을 통틀어 물질대사라고 하고, 물질대사에는 항상 효소가 관여하며, 에너지의 출입이 따르기 때문에 에너지 대사라고도 합니다.

 동화작용은 저분자 물질을 이용하여 크기가 큰 고분자 물질을 합성하는 과정입니다. 이를 통해 몸을 구성하거나 생명 활동에 필요한 여러 가지 물질들을 합성합니다. 동화작용이 일어나기 위해서는 에너지를 공급해 주어야 하며, 흡혈 반응에 해당합니다. 주로 광합성, 단백질 합성, DNA 합성 등이 동화 작용입니다. 이화 작용은 고분자 물질을 크기가 작은 저분자 물질로 분해하는 작용입니다. 유기물의 이화작용을 통해 방출되는 에너지를 생명 활동에 필요한 에너지로 전환합니다. 이는 발열반응이 나타나며 소화, 세포호흡 등이 있습니다.

 화학반응은 일정한 에너지 이상을 가진 분자들끼리 충돌해야 일어나는데, 분자들이 충돌할 때 화학반응을 일으킬 수 있는 분자의 최소 운동 에너지를 활성화 에너지라고 합니다. 활성화 에너지는 반응물의 원자 사이의 화학결합을 끊고 새로운 결합을 형성하는 데 사용되며 화학반응의 종류에 따라 활성화 에너지의 크기는 다릅니다. 활성화 에너지의 크기가 크면 반응이 일어나기 어렵고 느리며, 작으면 일어나기 쉽고 빠르게 반응이 진행됩니다. 화학반응에서 자신은 변하지 않으면서 활성화 에너지의 크기를 변화시켜 화학반응의 속도를 변화시키는 물질을 촉매라고 합니다. 촉매의 종류는 활성화 에너지의 크기를 작게 변화시켜 반응 속도를 빠르게 하는 정촉매와 활성화 에너지의 크기를 크게 하여 반응 속도를 느리게 하는 부촉매가 있는데, 일반적으로 촉매는 정촉매를 말합니다. 효소는 기질과 결합하여 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응을 촉진하는 정촉매 역할을 합니다. 효소가 없다면 물질대사가 아예 일어나지 않거나 대사 작용이 일어나더라도 속도가 너무 느려 생명을 유지하기 힘들지만, 생물은 효소의 촉매 작용으로 필요한 산물을 빠른 시간 내에 정확하게 생성하여 살아갈 수 있습니다.

 효소는 반응을 촉진하는 과정에서 활성 부위라고 불리는 부분에 활성 부위의 구조와 잘 들어맞는 반응물(기질)이 결합하여 효소-기질 복합체를 형성하는데, 이로 인해 활성화 에너지는 낮아지고 기질은 에너지가 최대 상태인 전이 상태에 쉽게 도달할 수 있게 됩니다. 효소는 반응을 촉진하여 기질을 생성물로 만든 후 생성물과 분리되고 새로운 기질과 결합하여 촉매작용을 반복하므로 적은 양으로도 매우 빠른 속도로 많은 양의 기질과 반응을 일으킬 수 있게 됩니다.

 각각의 효소마다 활성 부위의 입체 구조가 다르고 기질마다 각각 다른 입체구조를 가지고 있기 때문에 한 가지의 효소는 한 가지의 기질 하고만 결합할 수 있게 됩니다. 이와 같이 효소가 특정 기질에만 작용하는 성질을 효소의 기질 특이성이라고 합니다. 효소와 기질의 결합을 설명하는 가설에는 열쇠, 자물쇠 설과 유도 적합설이 있는데 열쇠, 자물쇠설은 효소를 열쇠, 기질을 자물쇠에 비유한다면 자물쇠에 맞는 열쇠는 단 하나밖에 없는 것처럼 효소는 입체구조가 꼭 맞는 기질 하고만 결합한다는 것입니다. 이에 반해 유도 적합설은 효소의 활성 부위와 기질의 결합이 처음부터 완벽하게 들어맞는 것이 아니라 효소의 활성 부위와 가장 잘 들어맞는 기질이 선택되어 결합하면서 효소의 활성부위가 기질과 꼭 맞도록 변형된다는 것입니다. 현재는 유도 적합설이 효소와 기질의 결합을 설명하는데 더 적합한 것으로 알려져 있습니다.