제4장. 세포는 어떻게 구성되어 있는가? 세포의 기본특징 세포 막의 특징 원핵세포 진핵세포

모든 세포의 구성물 지구상의 모든 생명체는 세포로 구성되어 있다. 세포는 대사능력이 있고, 환경에 대한 조절된 반응을 보이며, 생장과 생식을 하는 생명의 특성을 지니는 가장 작은 단위이다. 원형질막(Plasma membrane) ~ 지질과 단백질로 이루어진 환경과의 경계. 물질 출입이 조절된다. 핵(Nucleus) 혹은 핵양체(Nucleoid) ~ DNA가 존재하는 부분. 세포질(Cytoplasm) ~ 원형질막과 DNA를 제외한 나머지 부분. 리보솜 등이 존재한다.

원핵세포와 진핵세포 원핵세포와, 진핵세포인 식물 및 동물세포.

상대적 크기 여러 분자와 세포, 그리고 다세포 생물의 크기. 세포는 현미경 구조로 관찰되는 크기를 가진다 (예외, 새 알의 노른자, 물고기 알과 개구리 알).

표면적대 부피의 비율 Q. 왜 세포는 크지 않을까? 4pr2 (4/3)pr3 단일 세포는 그다지 크지 않다 : 표면적 대 부피 비율이 제한을 받는다(세포가 커질수록 물질 출입을 위한 표면적 증가가 필요하지만 부피가 증가하는 것과 표면적의 증가율은 같지 않다.) 4pr2 (4/3)pr3 지름 증가에 따른 표면적의 증가와 부피의 증가율. 크기가 증가함에 따라 단위 부피당 제공되는 표면적이 점점 줄어든다!

세포를 보는 방법-현미경의 이용 세포의 관찰: 갈릴레이, 로버트 훅, 레벤후크 등. 세포설(cell theory):슐라이덴, 슈반, 루돌프 피르호 등 -모든 생물은 하나 혹은 다수의 세포로 구성됨 -세포는 생명의 특징을 보여주는 가장 작은 단위 -세포의 생장과 분열 생명의 연속성 로버트 후크의 현미경과 코르크 조직의 그림.

복합 광학 현미경(LM) 빛을 굴절시켜주는 둘 이상의 유리렌즈 세트로 되어 있어 표본을 통과하는 빛을 확대된 영상으로 만들어준다. 염색은 상을 뚜렷하게 한다.

전자현미경(EM) 가시광선이 아니라 전자를 이용하면 파장이 짧아져서 더 작은 물체를 볼 수 있다.

여러 가지 현미경상 동일 배율로 관찰한 떼목말(Scenedesmus). 여러 현미경으로 관찰한 것.

세포막 구성과 특징 -수많은 종류의 단백질이 끼어 있는 지질 이중층(Lipid bilayer). -세포의 생물학적 경계(물질 수송 단백질 존재). -선택적 물질 출입(selectivity). -비대칭성(asymmetry):소수성면을 중심으로 한 양면이 서로 다르다. 세포막 구성을 설명하는 모형 -유동모자이크 모델(fluid mosaic model): 인지질, 당지질, 스테롤, 단백질 등이 모자이크 형태로 막을 구성하며, 이들 구성성분들은 운동성을 가진다(유동적). 모든 세포막은 단백질 수송체, 수용체, 효소 등을 갖는다. 그리고 부착, 인식, 정보교환에 관여하는 단백질도 갖는다.

세포막의 구성분: 인지질 세포막의 지질 이중층(lipid bilayer): 친수성 부분과 소수성 부분의 배열.

세포막의 구조:인지질과 단백질 원형질막은 인지질 이중층과 여러 종류의 단백질들로 구성되어 있다.

세포막 단백질들 세포막에는 세포 내외의 물질 출입과 자극 수용에 관계되는 단백질들이 존재한다.

원핵세포(Prokaryotic cell) 원핵세포(Pro_이전의, 앞의/Karyon_핵)의 특징 -가장 작은 크기의 세포로 진정세균(Eubacteria)과 고세균(Archaebacteria) 영역이 포함. -다양한 대사활동을 수행한다(다양한 서식지와 이용 물질의 다양성이 특징). -견고한 투과성 세포벽이 세포 모양을 유지. -핵양체(nucleoid)와 플라스미드 DNA(Plasmid DNA)를 가짐. -주름이 많은 원형질막은 대사활성에 중요한 구조.

여러 가지 원핵세포 여러 가지 원핵세포들과 그 모식도. (대장균, 노스톡, 슈도모나스)

화석세균들 호주에서 발견된 8억 5000만 년 전의 화석 세균들(a, b). 고세균에서 보이는 구조적 적응(c).

진핵세포(Eukaryotic cell) 진핵세포(Eu-좋은, 진짜의/Karyon-핵) -원핵세포군을 제외한 모든 세포들이 포함됨 -대사 기능의 구획화(compartmentalization)세포소기관(cellular organelle)의 발달. -핵(nucleus)과 세포골격(cytoskeleton)을 가짐. 세포소기관의 이점 -미세환경의 격리와 유지:대사 물질의 농축과 처리의 효율성 -세포소기관 사이의 이동: 소낭(vesicle)  세포 내막계 형성(endomembrane system)

진핵세포-식물 식물세포의 투과 전자현미경(TEM). 대부분을 액포가 차지하고 있다.

진핵세포-동물 쥐의 간세포(TEM). 미토콘드리아와 소포체가 발달해 있다.

핵(Nucleus) 유전물질이 존재하는 장소 세포질 화학반응으로부터 DNA(유전물질)격리 됨(핵막) DNA와 단백질염색질(chromatin) 구성 세포분열시 염색질은 염색체(chromosome) 형성 인(nucleolus):리보솜 형성장소 핵막(nuclear envelope): 이중막 이자 세포의 핵. 핵공을 통한 물질 이동이 이루어진다. 핵막은 이중막이며 핵공을 구성하는 단백질 복합체가 관통하고 있다.

세포내막계(Endomembrane system) 소포체(Endoplasmic reticulum, ER): 단백질합성과 가공 및 수송(조면소포체), 지질분자의 합성, 해독작용(활면소포체). 골지체(Golgi complex): 단백질 변형과 분류 및 수송 리소좀(Lysosome): 소화효소로 물질 분해 퍼옥시좀(Peroxisome): 산화물의 처리 중심 액포(Central vesicle): 대사물 저장, 세포 크기 증대 세포질의 막성 기관들은 서로 연계된 시스템이다. 단백질 가공, 지질의 생성, 물질의 세포내외로의 방출, 분류와 저장 등이 일어난다.

세포내막계 세포막에 가까워지면 점차 가공된 물질의 분류와 분비가 일어난다.

미토콘드리아와 엽록체 ATP: 세포의 모든 반응을 개시하도록 하는 화학적 에너지 저장물. 미토콘드리아(Mitochondrion) ATP를 생성하는 유산소 호흡장소. 주름진 내막을 통한 수소이온 통과로 ATP 생성 간, 심장, 골격근 등 에너지를 많이 필요로 하는 세포에는 다수의 미토콘드리아가 존재함 분열로 증식, 원형 DNA 포함 엽록체(Chloroplast) -광합성을 수행하는 색소체 -태양으로부터 유도된 에너지로 ATP와 NADPH를 생성함 -원형 DNA 포함. 분열로 증식 세포내 공생설(Endosymbiosis)

미토콘드리아(Mitochondria) 세포내 에너지 대사의 중추로 작용하는 미토콘드리아. ATP생산을 담당한다.

엽록체(Chloroplast) 광합성을 수행하는 세포소기관. 복잡한 막구조가 특징이다.

진핵세포의 요약 식물세포의 세포소기관과 구조.

진핵세포의 요약 동물세포의 세포소기관과 구조

세포골격(cytoskeleton) 세포 내부의 구조적 지지와 변형, 운동 등에 참여하는 역동적인 요소(조립과 분해 가능) 세포 내부의 구조적 지지와 변형, 운동 등에 참여하는 역동적인 요소(조립과 분해 가능) 미세소관(microtuble): 튜불린(tubulin) 단위체로 구성된 원통구조. 세포내부를 조직화하고 염색체를 이동시킨다(방추사). 세포분열(콜히친, 택솔 등의 약리작용 대상) 미세섬유(microfilament):액틴(actin)단위체로 구성됨. 세포 형태를 강화하거나 변형 유도. 근수축 유도. 세포 분열구 형성. 중간섬유(intermediate filament): 세포구조를 강화, 형태 유지. 운동단백질(motor protein): 세포골격들이 기능할 수 있도록 하는 부속 단백질들로 ATP를 분해하여 에너지를 공급한다. 미세소관(microtubule)  미세섬유(microfilament) 중간섬유(intermediate filament)

운동단백질들 키네신, 디네인, 미오신 등의 운동단백질들은 ATP를 사용하여 물질을 세포 여러 곳으로 이동시킨다. 미세소관과 미세섬유는 이러한 운동단백질들이 움직일 수 있도록 하는 선로역할을 한다. 키네신. 미세소관에 붙어 물질을 이동시킨다.

섬모(cilium)와 편모(flagellum) 세포 표면에 돌출된 운동기관 중심립(centriole)에서 시작됨(basal body형성) ATP분해로 미세소관이 미끄러지면서 운동하게 된다(운동단백질) 위족(pseudopod)은 세포질의 미세섬유가 일시적으로 신장되어 생긴다. 편모와 섬모의 내부. 9+2 구조(미세소관)

특수화된 세포의 표면 진핵세포의 벽 -세포벽(cell wall): 원형질막 외부의 지지 구조. 투과성. 단세포성 원생생물, 식물, 균류 등. -식물의 1차 세포벽: 펙틴, 점액성 다당류, 셀룰로오즈 등으로 구성. 얇고 유연하며 점착성. 형태 변경 가능 -식물의 2차 세포벽: 1차 세포벽 안쪽으로 분비됨. 리그닌으로 구성. 방수성. 구조적으로 견고함. -식물 표면: 왁스, 큐티클 층(수분 손실 억제) 동물 세포간의 기질 -기질(matrix)에 의한 세포 연결. 단백질 섬유나 무기물 등으로 구성. 세포연접 -세포가 신호나 물질을 교환하고 인식하는데 이용됨. -식물세포: 원형질연락사(plasmodesmata) -동물세포: 밀착연접, 부착연접, 간극연접.

세포의 표면 식물세포의 세포벽. 셀룰로오즈의 배열과 원형질연락사, 세포벽의 형성과 물관 형성.

세포간 기질 세포분비물로 형성된 표피 바깥의 큐티클 절단층과 동물 골격의 뼈 속에 파묻힌 골세포.

세포연접 동물조직에서 발견되는 가장 일반적인 세포연접들.