액포

대부분의 성숙한 식물 세포는 부피의 30% 이상을 차지하는 하나의 커다란 구조인 액포를 가지고 있으며, 특정 세포 유형 및 조건에서는 세포 부피의 90% 이상까지 늘어날 수 있다. 액포를 둘러싸고 있는 세포질과 액포를 구분하는 막을 액포막(tonoplast)라고 한다. 액포막은 반투과성으로 다양한 종류의 수송 단백질들을 갖고 있으며, 이들을 통해 이온과 유기 분자들이 이동한다. 물은 자유롭게 출입할 수 있지만 다른 작은 분자는 액포 내에 머물게 된다. 또한, 액포막의 일부는 양성자펌프(proton pump)로 작동하며 양성자(H⁺) 이온을 액포 내부로 이동시킬 때 ATP의 에너지를 사용한다. 이 결과 액포의 내부는 산성으로 유지된다.¹⁾

식물의 세포내 소기관인 액포와 액포막. (출처:한국식물학회)

목차

활발하게 분열하는 조직에서는 액포는 작은 형태의 액포(provacuole)로 존재한다. 이러한 작은 액포들은 세포가 점차 성장해감에 따라 합쳐져서 커다란 액포를 형성하게 되며, 세포질은 커다란 액포를 둘러싸고 있는 얇은 층의 형태가 된다. 또한 이러한 형태는 엽록체를 세포의 세포벽쪽으로 이동시켜 광합성에 도움을 준다.²⁾

액포의 내부는 물로 가득차 있으며, 그 안에 다양한 무기이온, 유기산, 당류, 효소, 다양한 2차대사산물 등이 있다. 이러한 다양한 용질들을 액포 내부로 능동수송되며 삼투압의 유지를 위해 액포 내로 물이 이동한다. 액포 내부로 이동한 물은 식물세포의 팽압(turgor)을 유지하는데 도움이 되고, 식물이 그 형태를 유지할 수 있도록 한다. 또한, 액포에 의해 가해지는 팽압은 세포 신장에 필요한데, 식물의 세포벽이 효소의 작용에 의해 부분적으로 분해되었을 때 덜 단단하게 변한 세포벽이 액포 내에서 오는 압력에 의해 팽창되면서 세포가 커지게 된다.²⁾

동물의 리소좀(lysosome)과 비슷하게 식물의 액포도 다양한 가수분해효소(단백질, 핵산, 당 분해효소)들을 가지고 있다. 액포 내로 이동된 고분자 물질들은 내부에서 분해되어 액포 내부에 보관되어 있다가 세포가 노화되거나 손상되었을 때 세포질로 유출되어 식물의 다른 부위를 위해 영양분으로 사용된다.

식물의 종자에는 단백립(protein body)이라고 불리는 단백질 저장성 액포가 존재한다. 종자의 발아시기에 단백립 내부의 저장 단백질들이 가수분해되어 아미노산으로 바뀌게 되고, 이 아미노산들은 세포질로 이동해서 효소의 합성에 사용된다. 가수분해효소들은 작은 용해성액포(lytic vacuole)에 저장되어 있다가 분해의 시작 시기에 용해성액포와 단백립이 융합되면 작동하여 분해를 시작한다.¹⁾

1. Marty F (1999) plant vacuole. Plant Cell, 11: 587–599
2. Taiz L, Zeiger E (2006) plant physiology(4th ed). Sinauer Associates, Sunderland, 16-17