전세포벽과 전원형질

식물의 성장은 토양에서 물과 용해된 무기질을 섭취하는 능력에 달려 있습니다. 모든 식물의 뿌리 체계에는 물과 용액의 유입을 용이하게 하는 조직이 장착되어 있습니다. 물과 무기물의 수송에 관련된 식물 조직은 전세포벽(apoplast)과 전원형질(symplast)이라는 두 가지 주요 구획을 가지고 있습니다. 전세포벽은 살아있는 세포의 원형질막 밖에 있는 모든 것을 포함하고 있으며, 세포벽, 세포 외 공간(extracellular space), 물관부(xylem), 체관부(phloem), 헛물관(tracheid)으로 구성되어 있습니다. 이와는 대조적으로, 전원형질은 모든 살아있는 식물 세포의 모든 세포액(cytosol)과 세포들을 연결하는 세포질 채널인 원형질연락사(plasmodesmata)로 구성되어 있습니다.

분자가 식물 조직을 통해 이동할 수 있는 경로엔 전세포벽, 전원형질, 막관통(transmembrane) 경로가 있습니다. 전세포벽 경로에선 세포벽과 세포 외 공간을 따라 물과 용해된 무기질이 이동합니다. 전원형질 경로에선 물과 용질이 세포액을 따라 움직입니다. 이 경로에 있는 물질은 세포에서 이웃 세포로 이동할 때 원형질막을 가로질러야하는데, 이는 원형질연락사를 통해 이루어집니다. 막관통 경로에선 물과 용해된 무기질이 세포벽을 가로질러 세포에서 세포로 이동합니다. 이 세 가지 경로는 서로 배타적이지 않으며, 일부 용질은 둘 이상의 경로를 통해 이동할 수 있습니다.

또 다른 잠재적인 경로는 액포 경로(vacuolar pathway)인데, 이 경로는 대부분 물 분자의 이동으로 제한됩니다. 여기서 물은 삼투(osmosis)를 통해 식물 세포의 액포(vacuole)로 이동합니다. 이 기작은 전원형질 경로와 유사하지만, 전원형질 경로에선 수송이 세포액으로 제한된 데 비해 여기선 물이 액포를 통과합니다. 또한, 액포 수송은 용질 흡수를 활성화하는 두 개의 양성자 펌프인 ATPase와 PPase에 의해 촉진됩니다. 그리고 액포는 물과 포도당, 수크로스와 같은 용질의 수송에 참여하는 특수 수송 단백질인 아쿠아포린(aquaporin)으로 구성되어 있습니다.