글로벌 세계 대백과사전/생물II·식물·관찰/생명과 물질/생물체를 만드는 물질/원형질

1774년 코르티는 처음으로 광학 현미경으로 한 조류(藻類)의 세포를 관찰하여 세포질이 유동하며, 그에 수반하여 핵이나 결정체가 흔들리는 것을 관찰했는데, 이 세포질의 운동을 원형질 유동이라 했다. 그러나 그 당시에는 원형질 유동의 중요성을 몰랐다. 특히 두꺼운 세포벽을 가진 식물 세포는 세포벽보다 중요한 것은 그 안에 있는 젤리 상태 또는 점액성 용액이라는 것을 좀처럼 인식하지 못했다. 동물 세포·식물 세포 모두 그 내용이 원형질이라 불리며 '살아 있는 물질계'로 주목받기 시작한 것은 19세기 중엽 이후였다. 원형질에 대해 세포벽이나 결정체 등의 세포 함유물을 후형질이라 부른다.

화학 조성

化學組成

후형질을 제외한 원형질만으로 된 화학 성분을 분석하여 그 화학 조성을 밝히는 것은 실제로 매우 어렵다. 그래서 후형질이 적은 동물의 간세포나 변형 균류의 변형체 등의 분석 결과로 원형질의 화학 조성을 대충 추정한다.

또 원형질의 화학 조성은 세포의 종류에 따라 다르며, 같은 세포라도 생리 조건, 성장 정도에 따라 변화한다. 특히 식물 세포는 성장에 수반하여 액포가 발달하며, 세포 함유물이 증가하여 단백질이 감소한다.

콜로이드

원형질은 젤리 상태이다. 이는 원형질이 물을 용매로 하고, 그 속에 각종 물질을 용질(분해질)로 함유하고 있으며, 게다가 진(眞)용액이 아니라 침전도 되지 않는 상태가 되기 때문이다. 이 상태를 콜로이드라고 한다.

유기 화합물에는 여러 가지 크기가 있다. 진용액이 되는 것은, 예를 들어 알라닌(아미노산의 일종)이나 글루코오스(포도당)처럼 크기가 1nm도 채 되지 않는 작은 분자(저분자)의 화합물이다. 그러나 아미노산이 50-5,000개나 결합하여 만들어진 단백질이나 다량의 글루코오스가 결합하여 만들어진 다당류(글리코겐·전분 따위)같은 고분자 화합물은 물속에 분해되어 탁해진다. 이것이 콜로이드이다.

입자가 광학 현미경으로도 보이는 크기 이상이 되면 중력에 의해 침전이 일어난다. 예를 들어 피브리노겐은 혈액 속에 콜로이드 입자 상태로 존재하는데, 출혈이 되면 가느다란 단백질의 일부가 끊어져 서로 결합하게 된다. 현미경으로 보면 피브린이라는 섬유가 그물처럼 연결되어 있는 것을 알 수 있다. 이것이 적혈구에 얽혀 침전하면 육안으로도 식별할 수 있는 혈괴(血塊)가 된다.

콜로이드 입자가 침전하지 않고 분산 상태를 유지하는 것은입자가 주위의 물분자의 운동으로 지탱되기 때문이다. 보다 큰 분자는 이 지탱하는 힘보다도 중력이 강하기 때문에 침전한다. 따라서 고속 원심 분리기에 의해 중력보다 강한 원심력을 가하면 콜로이드 입자를 분리하고, 그 크기(분자량)를 추정할 수도 있다.

또한 콜로이드 입자는 셀로판이나 방광막 등 반투막을 통과하지 않기 때문에 이 방법을 이용한 투석법으로 단백질과 저분자 화합물을 분리할 수 있다. 원형질 표면에 있는 세포막에는 반투성이 있어 원형질 내의 유기 분자가 밖으로 나가지 않도록 하는 작용을 한다. 또 세포막의 반투성은 삼투압을 일으키는 구조의 바탕이 된다.

콜로이드에는 달걀의 난백 같은 졸이라는 유동 상태와 컬레이자(알끈) 같은 겔이라는 반고체 상태가 있다. 원형질 유동은 원형질의 졸 부분에서 일어난다. 핵이나 미토콘드리아 등의 구조는 겔 상태로 되어 있는 부분이다.

원형질 유동

식물 세포나 점균류의 변형체, 또는 원생 동물인 아메바 등의 세포질 내부에는 여러 가지 운동을 볼 수 있다. 이들 운동은 원형질 유동이라 하는데, 세포의 생활 활동의 표시이며, ATP 등의 에너지를 사용하여 일어난다. 그런 점에서 물분자 운동에 근거한 이른바 브라운 운동(액체 또는 기체 속에 부유하는 매우 작은 고체 입자가 하는 불규칙한 운동을 말한다. 식물학자 브라운이 1827년 수면에 떠 있는 꽃가루 입자의 불규칙한 운동을 관찰한 것이 그 시초이다).

원형질 유동에는 어떤 방향성이 있어 세포막을 따라 흐르는 운동이나 부분적으로 순환하는 운동(자주달개비 수꽃술의 털세포) 외에 일단 정지하여 그 반대 방향으로 흐르는 듯한 운동(변형체의 왕복 운동)도 있다. 어느 경우든 유동하는 것은 졸 부분인데, 방향을 결정하거나 운동을 일으키는 구조에는 세포막이나 핵·엽록체 등의 겔 부분이 관계한다. 아메바 운동에서는 바깥쪽(주변부)의 겔과 안쪽의 졸이 상호 변화를 수반한다. 이와 같이 원형질 유동은 원형질 내의 물질 수송 외에 세포 자신의 이동에도 도움을 주는 경우가 있다.