세포의 구조와 기능 1(세포,원핵/진핵세포,핵,리보솜,내막계)

1. 생명체의 기본 단위=세포

세포는 생물학의 기본 단위이며, 모든 생명체는 바로 이 '세포'로 구성되어 있습니다. 즉, 생존 가능한 가장 단순한 형태이죠. 세포 하나인 단세포 생물도 있으며, 더 복잡한 다세포 생물들도 존재하는데요. 세포는 이처럼 생물 속에서 구조를 만들고, 여러 기능을 수행하는 기본 단위라고 할 수 있습니다.

2. 원핵세포와 진핵세포의 비교

 세포는 원핵세포와 진핵세포로 분류할 수 있습니다. 원핵세포에는 세균, 고세균 등이 포함되며, 진핵세포에는 원생생물, 균류, 동물, 식물이 속합니다. 그렇다면 원핵세포와 진핵세포를 비교해 봅시다! 공통점으로는 세포는 모두 원형질막(세포막)으로 둘러싸여 있고, 이 내부에는 세포기질에 세포소기관들이 떠 있는 형태입니다. 또한, 모든 세포는 리보솜이라는 세포소기관을 가지며, 단백질을 만드는 역할을 수행합니다. 차이점으로는 진핵세포는 DNA의 대부분이 이중막의 핵 내에 위치합니다. 한편 원핵세포에는 DNA가 핵양체에 응축되어 있고, '막'으로 둘러싸여 있지 않다는 것이 있습니다. 또한 진핵세포는 여러 막성 세포소기관들이 존재하지만, 원핵세포는 세포소기관이 존재하지 않습니다. 크기는 진핵세포가 보통 원핵세포보다 큽니다. 그리고 세포의 대사 수행 체계가 세포의 크기를 제한합니다. 즉 크기가 작을 수 있는 저점 한계가 있다는 것을 의미합니다.

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자 그렇다면 진핵세포에 대해서 더 알아볼까요?

3. 유전적인 조절을 담당하는 세포소기관

-핵

핵은 진핵세포의 유전자 대부분을 가지고 있습니다. (유전자 전체가 아닌 이유는 일부 유전자가 미토콘드리아와 엽록체에 있기 때문입니다.) 핵막은 핵을 둘러싸고 있는 이중막이며, 그 각각의 막은 인지질 이중층에 단백질이 붙은 구조로 되어 있습니다. 그리고 핵공이라고 불리는 구멍들이 존재해 여러 물질의 출입을 조절합니다. 또한, 분열하지 않는 핵 속에 인(nucleolus)이라는 구조가 있는데 여기에서 바로 DNA에서부터 rRNA가 합성됩니다. rRNA는 이후 단백질과 복합체를 이루어 리보솜을 구성합니다.

*핵 내에 있는  DNA는 염색체라는 단위로 구성되어 있는데, 염색체는 단백질과 결합된 DNA분자 하나를 포함합니다. 염색질은 각 염색체의 DNA와 단백질의 복합체를 의미하는데 분열하지 않을 때는 염색체로 응축되어 있지 않은, 즉 퍼져 있는 물질로 존재합니다. 그러다가 세포가 분열을 하기 시작하면 염색체가 응축하여 관찰하기 쉬운 형태가 됩니다.

-리보솜

리보솜은 rRNA(여기서 r은 ribosome의 약자입니다)과 단백질로 구성되며, 단백질을 합성하는 매우 중요한 세포 소기관입니다. 단백질 합성이 많이 필요한 세포라면 리보솜이 많이 존재합니다. 구조적으로 동일한 두 종류가 있는데, 바로 자유리보솜과 부착리보솜(소포체, 핵막 밖에 붙음)입니다. 자유리보솜은 세포질 내에서 역할을 담당하고, 부착리보솜은 분비 단백질을 합성하는 등의 역할을 하는데, 단백질 분비에 특화된 세포들은 부착리보솜을 높은 비율로 가지고 있습니다.

4. 세포의 내막계의 역할

내막계는 핵막, 소포체, 골지체, 리소좀, 소낭, 액포, 세포막 등을 다 포함하는 용어입니다.

-소포체(ER)

대부분의 진핵세포에 존재하는 세포소기관으로, '생합성 공장'이라고 생각하시면 됩니다. 활면소포체(smooth ER)와 조면소포체(rough ER)로 나뉘는데 활면소포체는 겉에 리보솜이 없고, 조면소포체는 겉에 리보솜이 있어 거칠어 보입니다. 그리고 이 둘은 기능이 다릅니다. 간략히 정리하자면 활면소포체는 지질을 합성하고, 탄수화물을 대사하는 것뿐만 아니라 칼슘 이온 저장, 해독작용 등을 합니다. 한편 조면소포체는 여기에 부착된 리보솜이 생산한 단백질을 분비합니다. 또한 세포에 필요한 막을 만들기도 합니다.

-골지체

골지체는 쉽게 말해 '발송 접수 센터'라고 생각하시면 됩니다. 소포체에서 출발한 여러 수송소낭은 골지체로 가서 분류 및 수정을 통해 다른 곳으로 보내집니다. 즉 골지체는 생산, 저장, 수송, 분류 등의 기능을 담당합니다. 구조는 시스터나가 붙어 있는 형태이며, 하나의 세포가 막으로 된 이 시스터나를 수백 개를 가집니다.

-리소좀

리소좀은 여러 큰 분자들을 소화하기 위해 가수분해효소를 이용하는 소낭입니다. 리소좀 내의 환경은 산성이고, 여기서 리소좀의 효소들이 작용해 '세포내소화'를 합니다.  예를 들어, 한 생물이 식세포작용을 하여 식포가 만들어지면, 이것이 리소좀과 융합하여 리소좀 효소들이 소화하는 원리입니다. 또한 리소좀은 세포 자신의 유기물질도 소화하는데 이것을 '자가소화작용(autophagy)'이라고 부릅니다.

-액포(vacuole)

액포는 소포체, 골지체에서 만들어진 소낭인데, 세포의 종류에 따라 수행하는 역할이 다릅니다. 많은 민물 원생생물들은 수축포(contractile vacuole)를 가져 세포 밖으로 물을 내보내 염분 및 농도를 조절할 수 있는데 식물과 곰팡이에는 리소좀이 없고 대신 액포가 가수분해를 진행합니다. 식물세포는 중심액포(central vacuole)를 가지는데, 이것은 작은 액포들이 모여 커진 것입니다. 중심액포 속 용액은 세포 수액이라고 하는데, 칼슘, 염소 이온 등을 저장합니다.  또한 중심액포가 물을 흡수하면 식물세포 크기가 커집니다. 즉, 식물세포의 생장에 영향을 줄 수 있습니다. 다음 글에는 이어서 미토콘드리아와 엽록체, 세포골격에 대해 공부해 보겠습니다.