물질대사와 세포 소기관

식물은 빛 에너지를 포도당과 같은 화학 에너지로 전환하고, 동물은 식물이 만든 양분을 섭취하여 생명 활동에 필요한 에너지를 얻는다. 식물과 동물에서 이러한 에너지 전환은 어디에서 일어날까?

1 물질대사와 에너지

세포에서는 생명 유지를 위한 다양한 화학 반응인 물질대사가 일어난다. 물질대사 에는 항상 에너지 출입이 함께 일어나는데 크고 복잡한 분자를 작고 단순한 분자로 분해하는 과정에서는 에너지가 방출되고, 작고 단순한 분자를 크고 복잡한 분자로 합 성하는 과정에서는 에너지가 흡수된다. 생물은 생명 활동에 필요한 에너지를 탄수화물, 지방, 단백질과 같은 유기물을 분 해하여 얻는데, 이 과정을 세포 호흡이라고 한다. 유기물은 식물과 같은 광합성 생물 이 빛 에너지를 이용하여 무기물로부터 합성하는데, 이 과정을 광합성이라고 한다. 세 포 호흡과 광합성은 세포에서 에너지 전환이 일어나는 대표적인 물질대사이다.

2 세포 호흡과 광합성의 장소

세포 호흡은 세포질과 미토콘드리아에서 일어나고, 광합성은 식물의 엽록체에서 일 어난다. 두 세포 소기관의 특성을 알아보자.

미토콘드리아 

미토콘드리아는 유기물에 저장된 화학 에너지를 생명 활동에 사 용되는 에너지 형태인 ATP로 전환하는 세포 소기관이다. 미토콘드리아는 크기가 0.2 5m ~ 3 5m 정도로, 물질대사가 활발히 일어나는 세포일수록 많이 들어 있다. 예를 들어 근육 세포와 같이 수축이나 운동을 하는 세포는 단위 부피당 미토콘드리아의 수가 다른 세포보다 많다. 미토콘드리아는 두 겹의 인지질 2 중층 막으로 둘러싸여 외막과 내막 사이에 좁은 공간이 형성된다. 내막에는 전자 전달 효소, ATP 합성 효소와 같이 ATP를 합성하는 데 필요한 여러 가지 막단백질이 분포한다. 내막은 안쪽으로 주름져 있는 크리스타 구조를 나타내며, 이 구조는 막단백질이 분포하는 내막의 표면 적을 넓혀 에너지 생산성을 높여 준다. 내막 안쪽 공간은 기질이라고 하며, 기질에는 유기물 분해에 관여하는 여러 효소와 미토콘드리아 DNA, 리보솜이 들어 있다.

엽록체

엽록체는 빛에너지를 이용해 이산화 탄소와 물을 포도당으로 합성하는 세 포 소기관이다. 엽록체는 크기가 약 3 5m ~ 6 5m로, 식물이나 조류 등에 분포한다. 엽록체도 미토콘드리아와 같이 두 겹의 인지질 2 중층 막으로 둘러싸여 있다. |그림 III-3|과 같이 내부에는 평평하고 서로 연결된 주머니 모양의 구조인 틸라코이드가 있으며, 틸라코이드가 마치 동전을 쌓아 놓은 것처럼 겹겹이 쌓인 구조를 그라나라고 한다. 그라나의 틸라코이드 막에는 엽록소를 포함한 광합성 색소 복합체, 전자 전달 효소, ATP 합성 효소가 분포하며, 이들은 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 역할을 한다. 그라나 바깥 부분은 스트로마라고 하며, 스트로마에는 이산화 탄소로부터 포 도당을 합성하는 데 관여하는 여러 효소와 엽록체 DNA, 리보솜이 들어 있다.