지구에 사는 생물과 그들이 서식하는 영역을 생물권(生物圈)이라고 한다. 지구에는 인간을 비롯해 동물, 식물, 미생물 등 수많은 종류의 생물이 살고 있으며, 지권, 수권, 기권 등 넓은 범위에 생활하고 있다. 기권의 이산화탄소는 식물의 광합성에 반드시 필요한 물질이며, 토양은 식물에 무기 양분을 제공하고 땅속 생물의 터전이다. 수권은 생물에게 물을 제공하는 등 생물권은 기권, 수권, 지권과 지속적인 상호 작용을 하고 있다.

세포는 핵·세포질·세포막으로 나뉜다

생물권에서는 세포(cell)가 모여 조직(組織)을 이루고, 조직이 모여 특정한 형태와 기능을 갖고 있는 기관(汽管)을 이루는 등의 단계를 거치면서 하나의 독립된 생물체인 개체(個體)가 된다. 이렇게 생물은 살아가는 데 필요한 독립적인 기능을 갖춘다. 생물 개체는 서로 다른 기능을 하는 기관이라는 구성 요소가 상호 작용하는 생명 시스템이며, 세포는 모든 생명 시스템의 기본 단위가 된다.

“세포는 기본적으로 핵, 세포질, 세포막으로 구성되어 있다. 세포질은 핵을 제외한 세포를 채우는 기질로 다양한 세포 소기관을 가지고 있다. 이 속에서 세포의 생명 활동이 활발하게 일어난다. 세포질에는 미토콘드리아, 엽록체 등과 같은 세포 소기관이 들어 있다. 식물 세포의 경우 동물 세포와 달리 엽록체가 있으며, 세포벽이 세포막을 둘러싸고 있다”라고 배웠다.

남조류·세균류는 원핵세포

동물과 식물의 기본 단위인 세포는 모두 유전 물질인 DNA(Deoxyribonucleic acid)를 갖고 있으며, 세포의 생명 활동을 조절하는 중추 역할을 하는 핵을 갖고 있다. 세포는 원핵세포와 진핵세포로 구분된다. 남조류와 세균류 등은 핵과 세포질 사이를 구분하는 핵막이 존재하지 않는 원핵세포(原核細胞)를 갖고 있다. 반면 남조류와 세균류를 제외한 모든 동물과 식물세포는 진핵세포(眞核細胞)를 갖는다. 진핵세포는 핵막(核膜)으로 싸인 핵과 한 개 이상의 염색체를 갖고 있으며, 유사 분열을 한다.

미토콘드리아(mitochondria)에서는 세포호흡이 일어나며, 에너지 대사에 중요한 ATP를 합성하며, DNA와 RNA를 함유하고 있어 세포질의 유전에 관여한다. 아데노신에 인산기가 3개 붙어 있는 ATP(Adenosine Tri Phosphate)의 가수분해를 통해 약 7.3kcal/mole의 에너지를 얻을 수 있고, 체온이 유지되고, 근육 운동 등에 사용된다.

리보솜(ribosome)은 단백질과 RNA로 이뤄져 있으며, 막 구조가 없다. DNA의 유전 정보에 따라 세포질 속에서 단백질을 합성하는 장소이기도 하다. 소포체는 리보솜에서 합성된 단백질 등 세포 내 물질의 이동 통로이다. 1898년 이탈리아 과학자 ‘골지(Camillo Golgi)’가 처음으로 발견한 납작한 주머니 모양의 ‘골지체’는 단백질을 세포 밖으로 분비하는 역할을 하고 있다.

액포(液胞), 엽록체, 세포벽은 식물세포에만 존재한다. 액포는 노폐물을 저장한다. 엽록체는 엽록소를 함유하고 있어 녹색을 띠고 있으며, 태양의 빛 에너지와 물()과 이산화탄소()를 재료로 하여 포도당(C6H12O6)과 같은 유기물을 합성하는 광합성을 한다.

식물세포벽은 셀룰로오스

동물세포의 모양은 둥글게 보이는 데 비해 식물세포는 규칙적으로 배열되어 있는 모양을 갖는다. 그 이유는 세포벽(cell wall)이 세포막 바깥쪽에 있는 단단한 구조물이며 세포를 외부로부터 보호하고 세포의 형태를 유지하는 역할 때문이다. 식물의 세포벽을 구성하고 있는 성분은 셀룰로오스이며, 사람은 셀룰로오스를 분해하는 효소가 없어 잘 분해되지 않는다. 따라서 세포벽은 식물에만 존재한다.

세포막(細胞膜)은 세포 내부와 외부의 경계이며, 세포막은 이온, 기체 등의 물질 교환과 외부의 신호를 감지하는 등 세포의 기능 유지에 반드시 필요한 기능과 구조를 갖고 있는 것이다. 다음 시간에는 세포막 구조와 물질의 출입, 생체 촉매에 대해 이야기 하려 합니다.

강신종 < 용화여고 교사 >