(해부학) 세포의 구조
1. 세포막(cell membrane) - 세포의 내부 구성을 바깥쪽과 분리하는 벽을 형성
- 전형적인 세포막은 지질과 단백질이 동일한 무게의 혼합물로 이루어진 유동적인 층으로 이중지질층(lipid bilayer)에 단백질이 박혀 있는 형태. 지질이 세포막의 주요한 구조를 형성하는 동안 지질층 내에 분산되어 있는 단백질은 세포의 주요한 기능을 결정하고, 외부 탄수화물층의 분자가 포함된 당질층은 다른 세포를 인식, 부착, 세포 간 소통에 참여.
막지질(membrane-lipid)
- 인지질(phospholipid) : 물이나 이온의 이동에 대해서는 장벽 역할. O2나 CO2와 같은 호흡가스가 자유롭게 통과, 지용성이 높을수록 인지질층을 잘 통과.
- 콜레스테롤(cholesterol) : '스테로이드'라 불리는 지질의 한 유형. 세포막을 강화하고 극한의 온도에서도 세포막을 안정화.
- 당지질(glycolipid) : 탄수화물 그룹과 붙어 있는 지질. 호르몬이 특이한 생리작용을 하도록 막의 탄수화물 부위에 그 호르몬의 결합 부위를 형성하여 인지 후 정확하게 결합.
막단백질(membrane protein)
- 아미노산이라는 작은 분자의 사슬로 구성되어 있는 복잡하고 다양한 분자.
- 세포 내와 신체 내에서 다양한 구조적, 기능적 역할. 특정 세포 기능의 대부분은 그곳에 위치하는 단백질에 의해 결정.
- 내재성 단백질(intrinsic protein) : 세포막을 통과하는 것들이 전체 막단백질의 약 70%를 차지, 이들은 거의 대부분이 지질 이중층을 완전하게 통과해 세포안팎에 걸쳐 있으면서 운반체(carrier)나 통로(channel)를 형성. 물질운반에 관여하기 때문에 막수송단백질(transmembrane protein) 세포막의 이온통로(ion channel)를 형성하여 지질층으로 통과 할 수 없는 수용성 분자와 이온을 세포 안팎으로 운반.
- 표재성 단백질(extrinsic protein) : 인지질 이중층에 포함되어 있지 않음. 이것들은 종종 내재성단백질의 노출된 부분, 막의 외부 또는 내부 표면에 느슨하게 붙어 있음. 세포 밖의 바탕질(기질)을 구성하는 단백질은 세포막의 외부 벽에 존재하는 표재성 단백질.
막탄수화물
- 모든 유핵 세포의 막에서 볼 수 있으며, 막 무게의 약 2~10%를 차지.
- 내재성 단백질이나 지질이중층에 부착해서 각각 당단백질(glycoprotein) 혹은 당지질(glycolipid)을 형성.
- 이들은 세포와 세포가 서로 인지하는 과정에 중요한 역할을 하는 호르몬과 같이 세포의 전령에 특이한 막수송체로 작용.
2. 세포막을 통한 운반 - 수동(ATP x), 능동(APT o)
1) 수동운반
- 세포막을 통해 물질을 운반하는 과정은 수동 또는 능동운반으로 분류. 수동운반(passive transport)의 경우, 물질은 세포의 에너지 소비 없이 세포막을 통과. 위에서 아래로 흘러내리는 물의 움직임처럼 물질은 농도의 기울기에 따라 이동.
- 수동운반은 단순확산, 삼투, 촉진확산, 대량여과가 있음.
2) 능동운반
- 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 물질이 이동하므로 에너지를 사용.
- ATP는 미토콘드리아에서 지속적으로 합성.
- 능동운반에는 이온펌프와 대량운반으로 알려진 여러 과정을 포함.
3. 세포막 연접 : 연결
상피세포 사이에는 특수 구조의 세포사이이음(intercellular junctions)이 있음
치밀이음부(tight junction)
세포의 둘레를 따라 전체가 띠 모양으로 되어 있고, 세포막 바깥에 가깝게 위치.
이것은 세포사이질을 통과하는 이온이나 물질의 이동을 막아주는 역할.
틈새이음(간극연결, gap junction)
옆 세포와 약 2~3nm 의 간격을 두고 떨어져 있으며, 통로를 통해 두 세포의 세포질이 서로 연결
각종이온과 분자량이 1,500 개 이하의 물질이 이동할 수 있는 작은 관이 존재.
부착반점(데스모솜, desmosome)
피부세포와 같이 기계 적인 자극을 받는 세포가 떨어져 나가는 것을 막는 연접.
상피세포와 바닥막 사이, 또는 두 세포 사이를 부착시키는 원판형의 구조.
4. 세포질(cytoplasm) - 세모막과 핵 사이 모든 세포 구성물
세포 활동이 일어나는 부위로 세포 막 내부에서 핵 부위를 제외한 부분.
세포기질(cytosol) : 세포의 바탕질 또는 세포내액이라 불리는 점성질 액체. 이온, 영양, 탄수화물, 지방, 단백질 및 다른 작은 분자를 포함한 많은 용질로 구성. 이런 작은 분자들은 대형 고분자를 만들기 위한 재료로 사용.
포함물(inclusion) : 일부 세포들의 세포바탕질에 있는데, 이는 세포가 일시적으로 저장하는 화학물질로 대부분 막에 싸여 있지 않음.
세포소기관(organelle) : 독특한 모양을 가진 복잡하고 잘 배열된 구조인 '작은기관들'을 의미. 세포소기관들은 각각 세포의 다른 기능을 수행하면서 정상 세포의 구조를 유지, 세포가 활동하는 데 필수적. 세포의 성장, 수리 및 유지와 같은 특정 역할을 담당. → 각 세포소기관의 기능과 모양 등 이상이 생기면 다양한 임상적인 질환들이 생길 수 있음
1) 세포질그물(세포질세망, endoplasmic reticulum: ER)
- 세포질 전반에 걸친 광범위한 세포 내의 막 네트워크. 구조와 기능이 다른 두 가지 영역으로 구성. 막의 바깥면에 단백질을 합성하는 리보솜(ribosome)이 붙어 있는 표면이 거친과립세포질그물(rough-ER: rER)과 리보솜이 붙어 있지 않은 무과립세포질그물 (smooth-ER: sER)이 있음. 과립세포질그물(rER)을 핵산, 효소 등 단백질 합성을 무과립세포질그물(sER)은 지방질의 합성, 지방산의 불포화 등의 지방 대사에 관여.
2) 리보솜 (ribosome)
단백질을 합성하는 매우 작은 조밀한 과립. 크기에 따라 소형 소단위, 대형 소단위로 구분. 과립세포질그물(rER)에 붙어 있는 고정 리보솜 (fixed ribosome)은 세포 외부로 보내거나 세포막 형성에 쓰이거나 새로운 리보솜의 효소가 되는 단백질을 생산하고, 유리 리보솜(free ribosome)은 세포의 세포기질 내에 남아 있는 단백질의 합성을 책임
3) 골지체(Golgi apparatus)
납작한 주머니 모양의 여러 겹의 막이 겹쳐져 있는 부분과 그 주위에 모여 있는 소포(vesicle) 또는 빈물집(공포, vacuole)으로 구성. 주요 기능은 세포질그물에서 생산, 운반해온 물질을 정렬(sorting), 수정 (modification), 포장(package)하는 역할. 골지체의 두 극은 각각 수신 지역(cis-face) 및 배송지역(trance-face)이라 함. 과립세포 질그물(rER)에 생산물은 수신 지역에서 배송 지역으로 운반 소포를 통해 골지체로 이동.
4) 사립체(mitochondria)
ATP(adenosine triphosphate)라고 불리는 세포의 에너지원을 합성, 공급하는 기관. 세포의 ‘발전소(power factory)'라고 함. 세포에서 사립체의 수는 세포의 에너지 수요에 의존. 에너지 사용의 빈도가 높은 근육 세포는 세포질에 많은 수의 사립체를 가지고 있음. 흥미롭게도 정자의 머리 부분은 에너지가 필요 없기 때문에 미토콘드리아가 존재하지 않지만 정자의 추진을 담당하는 지역인 중절에는 사립체가 존재
5) 용해소체 (리소좀, lysozome)
골지체에 의해 형성된 막 주머니. 노폐물과 섭취한 거대 분자를 소화하는 데 필요한 효소를 포함. 이 효소는 단백질, 지방, 다당류, 핵산과 같은 큰 분자를 작은 분자들로 분해. 리소좀은 노폐물을 소화하고 제거하기 때문에 때로는 세포의 '청소부'로 지칭. 효소의 작용으로 당원질은 포도당으로, 단백질은 아미노산으로, 지질은 지방산과 글리세롤로 분해
6) 과산화소체 (peroxisome)
용해소체(lysozome)보다 직경이 작은 막으로 둘러싸인 비슷한 형태의 주머니. 더 많은 효소를 가지고 있고 간과 콩팥에 특히 많음. 과산화소체 내의 효소 일부는 지방의 분해를 촉진하고, 독성이 강한 과산화수소를 부산물로 생성. 과산화수소는 백혈구가 노화된 세포를 없애는 과정에 중요한 화합물.
7) 섬모 및 편모 섬모(cilia)와 편모(flagella)
세포로부터 툭 튀어나온 돌기. 이들은 세포질 및 지지 미세소관으로 구성되며 세포막으로 둘러싸여 있음. 섬모는 한 세포 표면에 수백 개의 섬모가 있는 것이 보통. 운동에 의해 세포 표면 위에 있는 물질을 이동시키는 역할. 각 섬모의 바깥 표면은 세포막으로 덮여 있음. 편모는 섬모와 구조가 같으나 길이가 그보다 길고, 그 수는 훨씬 적은데 보통 1개. 인체의 세포 중 편모를 가진 것은 정자뿐. 파동 운동을 하며, 영양섭취에도 관여.
8) 세포골격 세포뼈대(세포골격, cytoskeleton)
필라멘트 또는 속이 빈 튜브로, 단백질 소단위로 구성. 세포뼈대는 구조와 기능 면에서 차이를 보이는 세 가지 구성요소 - 미세 잔섬유(microfilament), 중간섬유(intermediate filament), 미세소관(microtubule). 세포분열을 할 때 작용하는 장치로 한 쌍의 중심소체 (centriole)가 핵 가까이 존재
5. 세포포함물
세포포함물(cell inclusion)은 과립이나 소포로 보이는 대사 산물이 세포 속에 있는 것.
- 저장영양물(stored food)은 에너지 비축과 세포막 구성 - 당원과립, 지방물방울, 단백질, 난황과립 등.
- 분비과립(secretory granule)은 분비세포에서 생성 - 점액방울(mucigen droplet), 효소원과립(zymogen granule) 등
- 색소과립(pigment granule)은 색이 있어 염색하지 않은 표본에서도 관찰.
6. 핵(nucleus) - 세포의 중심에 있는 세포 활동의 핵심이자 제어센터
일반적으로 핵의 형상이 세포의 모양을 반영. 핵은 1개의 세포에 보통 1개씩 있으나, 뼈대근육세포와 같이 여러 개의 핵을 갖는 경우와 적혈구, 혈소판과 같이 없는 경우도 있음.
- 핵의 기본 구조 - 핵막, 핵소체, 염색질
1) 핵막 (nuclear membrane)
세포막과 비슷한 인지질 이 중층으로 이루어짐. 이 경계는 핵과 세포질 사이의 물질의 출입을 제어. 직경 50~70nm의 핵구멍(nuclear pore)은 핵막 전체에 걸쳐 이중 막의 융합 영역을 침투하는 열린 통로. 이 구멍을 통해서 전령 RNA, 리보솜 RNA 가 핵 밖으로 나가는 물질교환의 통로. 핵막의 주요 기능은 유전자를 보호하고 유전자의 복제나 유전 정보의 전사를 조절하는 것.
2) 핵소체 (nucleolus)
핵 내에 구형체인 하나 이상의 짙게 염색된 부분. 핵소체는 RNA, 효소 및 다른 단백질로 구성. 리보솜을 생성하는 기능. 핵소체는 세포의 핵 안에 들어 있고, 그 존재 여부와 개수가 세포의 단백질 합성 활성을 나타냄.
3) 염색질(chromatin)
세포핵 속에 존재하며 DNA와 핵단백질인 히스톤(histone)으로 구성. 유사분열 시에는 염색질이 조밀하게 뭉쳐 염색체(chromosome)로 되었다가 분열이 끝나면 다시 염색질로 되돌아가고 주로 유전에 관여. 각각의 염색체는 세포의 구조와 기능을 결정하는 수 천 개의 중요한 유전자를 가짐.
RNA와 DNA 차이
RNA의 구조와 RNA 합성 단백질 생합성의 과정에서 DNA는 유전정보를 전달하기 위해 상보 적인 구조의 RNA(mRNA)를 만든다. DNA와 마찬가지로 RNA도 당-인산 결합에 의해 뉴클레오티드(nucleotides)의 긴 사슬을 가짐.
- RNA의 뉴클레오티드는 DNA와는 다른데 다음과 같다. 리보뉴클레오티드(ribonucleotide)는 당으로 데옥시리보스 (deoxyribose) 대신에 리보스(ribose)를 가진다. 티아민(thymine) 대신에 우라실(uracil) 염기를 가진다. DNA에서는 이중나선 구조인 데 반해 RNA는 한 가닥의 폴리 뉴클레오티드 (polynucleotide) 사슬을 가진다. RNA는 DNA보다 짧다.
- 핵에서 4종류의 RNA가 만들어지는데, 이들은 조성이나 기능이 다르다.
① 전구체 전령RNA (pre-mRNA): 핵 내에서 mRNA의 형태 로 바뀐다.
② 전령 RNA (mRNA): 특정 단백질의 합성을 위한 코드 (code)를 가진다.
③ 전달 RNA (tRNA): mRNA가 가지고 있는 유전정보에 따른 적절한 아미노산을 운반한다.
④ 리보솜 RNA (rRN): 리보솜의 구조 중 일부를 이룬다.
- rRNA를 합성하기 위한 DNA의 코드는 핵소체(nucleolus)에 위치한다. pre-mRNA와 tRNA의 합성은 핵 안의 여러 장소에 위치해 있는DNA가 관여한다.
7. 세포분열
하나의 어미세포가 2개의 딸세포가 되는 것. 세포분열이 일어나는 과정들은 세포주기(life cycle of cell)를 구성. 세포주기는 성장과 대사활동을 하는 사이기(interphase)와 네 단계의 연속적인 단계로 나뉘는 유사분열기(mitotic phase)로 크게 나눔.
- 세포분열(사이기 interphase)
1) 사이기는 유사분열의 한 단계가 아닌 세포가 성장하고 기능을 수행하는 시기로 성장1기(G1), 합성기(S), 성장2기(G2)로 나눌 수 있다.
2) G1을 첫 단계로 대사, 단백질 합성, 성장 활동이 가장 활발. S기는 DNA가 2배로 복제되는 시기. G2기는 복제가 마무리되고 분열에 필요한 효소와 단백질을 합성하는 시기.
- 세포분열(유사분열기 mitotic phase)
전기, 중기, 후기 및 종말기로 나누어짐.
1) 전기(prophase)에 동원체(centromere)라는 단백질에 결합.
2) 중기(metaphase)는 염색체가 적도판을 따라 중앙에 줄을 설 때 발생한다. 방추사는 염색체를향해각중심소체에서 성장하여동원체에 부착된다.
3) 후기(anaphase)는 염색체가 세로로 갈라져 2개가 됨.
4) 종말기(telophase)는 어미세포와 똑같은 2개의 딸 세포가 형성
- 세포분열(감수분열기 meiosis)
유사분열의 특수 형태로 정자, 난자 같은 생식세포가 만들어질 때 일어나는 분열.
남자를 예로 들면, 정조세포는 염색체가 46개.
1차 정모세포로 분열할 때는 염색체수가 변동 없이 46개,
2차 정모세포로 분열할 때는 염색체가 반수로 줄어들어, 23개씩의 염색체를 가짐. 염색체 수가 반수로 줄어드는 것이 감수분열.
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