CELLS: UNITS OF LIFE 생물학개론 5주차 강의

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1 CELLS: UNITS OF LIFE 생물학개론 5주차 강의
세포: 생명체의 단위 CELLS: UNITS OF LIFE 생물학개론 5주차 강의 It is difficult to come up with a single definition of life.

2 Cell 세포 세포는 생명체의 기본 단위 세포생물학의 연구 세포설의 발달 (Cell theory)
세포의 종류 (Three domains of life) – Bacteria, Archaea, and Eukarya 세포소기관; 핵, 소포체, 골지체, 리보좀, 리소좀, 퍼옥시좀, 미토콘드리아, 엽록체 고등세포(진핵세포)의 출현- 내부공생이론 Hooke was observing cork (bark from a type of oak tree). He named the little boxes “cells” because they looked like the cubicles (cellae) where monks studied & prayed. Leeuwenhoek was able to view & draw extremely small cells (bacteria & protozoa) that people hadn’t known existed. Cell theory Schleiden noted that cells were the basic units of plants. Schwann noted that cells were the basic units of animals.

3 세포(Cells) 생명체의 구성단위 에너지를 요구, 구조와 생화학작용을 지시하는 유전정 보를 필요.
운동은 살아있는 세포에게서 일어난다. 에너지를 획득하고, 이용할 수 있는 형태로 변형. 자극에 반응, 생식 및 생장을 가능하게 하는 공통적인 구조 세포소기관(Organelle): 진핵세포에서 특수한 기능을 수행하는 세포 내의 작은 기관. 세포질(Cytoplasm): 세포소기관을 제외한 세포의 내부 잔존물질. Hooke was observing cork (bark from a type of oak tree). He named the little boxes “cells” because they looked like the cubicles (cellae) where monks studied & prayed. Leeuwenhoek was able to view & draw extremely small cells (bacteria & protozoa) that people hadn’t known existed. Cell theory Schleiden noted that cells were the basic units of plants. Schwann noted that cells were the basic units of animals.

4 현미경의 역사 1590년 최초의 현미경이 만들어짐 (30x)
1665년 Robert Hooke가 현미경으로 코르크 박편을 관찰하다 네모난 방과 같은 구조를 발견하고 cellulae 라고 명명 레벤후크는 고배율의 현미경으로 미생물을 최초관찰 1676년 Anton Leeuwenhoek는 200x 현미경을 제작 , 연못물에서 작은 생명체들을 관찰 1683년 세균 관찰 수상미생물을 발견했던 레벤후크조차 생물이 증식하 는 장면은 보지 못하였고, 그래서 생명은 무에서 나온 다는 자연발생설을 그대로 따랐음. Hooke was observing cork (bark from a type of oak tree). He named the little boxes “cells” because they looked like the cubicles (cellae) where monks studied & prayed. Leeuwenhoek was able to view & draw extremely small cells (bacteria & protozoa) that people hadn’t known existed. Cell theory Schleiden noted that cells were the basic units of plants. Schwann noted that cells were the basic units of animals.

5 Cell Theory 세포설 자연발생설 vs 세포론 (슐라이덴과 슈반) “자연발생설 : 생명은 무에서 창조된다.”
현미경, 염색 기술, 조직 보존 기술의 발달로 인해 세포 론 도래 슐라이덴, 슈반, 비르호는 세포설 제안 1. 모든 생명체는 세포로 구성되어 있다. All living things are composed of cells. [Schleiden & Schwann] 2. 모든 세포는 앞서 존재하는 세포로부터 생겨난다. All cells come from preexisting cells. [Virchow] Idea that cells come from preexisting cells contradicted the prevailing theory of spontaneous generation (life arising from nonliving sources).

6 현미경의 두 가지 기본 능력 배율 : 몇 배까지 확대할 수 있는가? 광학현미경의 경우 총배율 = 접사렌즈 x 대물 렌즈의 배율
분해능 (resolution) : 가까운 거리에 인접해 있 는 두 점을 두 개로 분리해낼 수 있느냐 없느냐?

7 광학 현미경 vs 전자현미경 빛을 광원으로 이용 빛 대신 전자빔 사용 광학현미경 (Light microscope)
공초점현미경 (confocal microscope): 광학현미경의 일종이나 광원으로 레이저빔을 쓰는 경우도 있음. 일반 광학 현미경보다 높은 해상 도 (분해능). 컴퓨터를 이용하여 세포내 특정 깊이에 초점을 맺게 할 수 있으며, 원하는 깊이의 위/아래에서 들어 오는 빛 out-of-focus image(유 리된 상)을 제거하여 좀 더 선명한 상을 얻을 수 있음 빛 대신 전자빔 사용 투과현미경(TEM, transmission electron microscope):표본을 죽 여서 전자가 통과할 수 있게 아주 얇게 절편을 만들어야 하는 단점 이 있음 주사현미경(SEM, scanning electron microscope): 전자빔이 입체적인 표본의 표면을 스캔(주 사)하는 방식으로 입체감 있음. 주사탐침현미경(scanning probe microscope): 아주 얇은 metal wire tip (탐침)이 표본 표면을 따 라 그리면서 읽음.

8 Types of Cells 세포의 종류 3 basic types: Bacterial 세균 Archaean 고세균
Prokaryotic 원핵생물 Eukaryotic 진핵생물 Prokaryotic cells lack nuclei Eukaryotic cells have nuclei

9 Bacterial cells 세균세포 1-10 m in diameter NO membrane-bound organelles
1 circular DNA molecule located in nucleoid region 핵양체에 원형의 DNA 존재 plasma membrane, cytoplasm & ribosomes 원형질막, 세포질, 리보좀 most have a cell wall (peptidoglycan) 세포벽 may have a polysaccharide capsule 다당류 협막 (당질피질) Ex. bacteria & cyanobacteria Outer capsule protects bacterium or enables it to attach to specific types of surfaces. Cyanobacteria used to be called blue-green algae. Unlike other bacteria, cyanobacteria are capable of photosynthesis.

10 Bacterial cells 세균세포 DNA는 고리 모양 (환형) 핵막으로 둘러쌓인 핵이 없다.
Prokaryote = Pro (before) + karyo (nucleus) 핵양체 nucleoid 존재 (DNA+단백질) 핵양체 주위에 RNA와 ribosome 존재 RNA 전사와 동시에 단백질 해독이 일어나서 속도가 빠름 (진핵세포에서는 다 만들어진 RNA가 핵막 바깥 으로 나간 후 단백질 해독)

11 Archaean cells 고세균 세포 1-10 m in diameter NO membrane-bound organelles
cell walls lack peptidoglycan 세포벽이 수 도펩티도클리칸과 단백질로 구성 have characteristics of both bacteria & eukaryotic cells 세균과 진핵세포의 특징을 다 가짐 Ex. methanogens 메탄생성균 extreme halophiles 극호염균 & extreme thermophiles 극호열균 Methanogens are strict anaerobes (poisoned by oxygen); live in swamps, marshes & guts of many herbivores (able to break down cellulose). Halophiles live in extremely salty environments (Great Salt Lake & the Dead Sea). Thermophiles thrive in hot environments (60-105oC; oF) such as hot sulfur springs of Yellowstone National park & deep-sea hydrothermal vents. Picture is of Thermoplasma - lives in the high heat & acidic conditions of smoldering coal deposits.

12 고세균 Archaebacteria 1977년에 처음 발견 메탄을 생성한다는 특징을 지님 (methanogen)
세균과 진핵 세포의 특징을 동시에 가짐 유전자의 50프로는 세균이나 진핵세포와 겹치 는 부분이 전혀 없음  아주 예전에 공통 조상을 가지긴 하지만 독립적으로 진화해왔다는 뜻 세균/고세균/진핵생물의 공통분모 - 해당작용을 한다 세포막과 리보솜 - 유전물질은 DNA DNA의 반보존 복제DNA를 전 사,해독하여 단백질을 만든다

13 Eukaryotic cells 진핵 세포 10-100 m in diameter
nucleus & other membrane-bound organelles 핵과 세포소기관 존재 2 or more linear DNA molecules located in nucleus 둘 이상의 직선형태의 DNA가 핵에 존재 plasma membrane, cytoplasm & ribosomes 원형질막, 세포질, 리보좀 some have a cell wall (cellulose or chitin) 셀룰 로스나 키틴으로 이루어진 세포벽을 가질 수도 Ex. plants, animals, fungi, protista

14 진핵세포 Eukaryote (Eu 참 + karyo 핵) 식물, 동물, 균류 및 원생동물 핵막으로 둘러싸인 핵을 갖는다.
DNA가 단백질과 결합하여 실 모양의 염색체로 응축 되어 있음. RNA 전사 RNA는 핵막에 있는 핵공을 통해서 핵을 떠난다. 여러 가지 기능을 수행하는 세포소기관 존재

15 Organelles 세포 소기관 Organelles of Eukaryotic Cells:
세포의 활성을 구획화 compartmentalize a cell’s activities 생화학 반응을 서로 독립 keep reactions isolated from one another 세포 안에서 효율적 기능 수행 increase efficiency in the cell Nuclear pores are protein channels (importins & exportins) that selectively allow materials to enter & leave nucleus. DNA & RNA belong to which category of major organic compounds? -> Nucleic acids

16 Nucleus 핵 이중 층의 핵막으로 싸여 있고, 핵공을 통하여 통과 DNA와 인을 포함 유전물질인 DNA를 세포질로부터 분리
이중 층의 핵막으로 싸여 있고, 핵공을 통하여 통과 DNA와 인을 포함 유전물질인 DNA를 세포질로부터 분리 인(Nucleolus, 핵소체)의 기능 : 리보솜의 생산 및 조립 염색체 (Chromosome) DNA + 단백질(histone) 평소에는 현미경 아래에서 보이지 않는 상태로 존재하다가 세포분열시 응축되어 막대 모양으로 나타남

17 The Endomembrane System 내막계
일련의 고도로 주름진 막구조로 소낭을 통하여 연결 Endoplasmic reticulum 소포체 Rough ER 조면 소포체 Smooth ER 활면 소포체 Golgi apparatus 골지체 lysosomes 리소좀 표면에 리보솜 부착 여부에 따라 조면(rough)소포체와 활면(smooth)소포체로 나뉨 단백질의 형성, 접기, 포장, 분비, 수송, 저장 등 관여

18 Endoplasmic reticulum (ER) 소포체
핵에서 세포막까지 휘감겨있는 상호 연결된 막성 구조 핵막의 연장 끝부분이 pinching off 되면서 소낭 vesicle을 만들어서 골지체로 전달 종류: 조면소포체 rough ER 활면소포체 smooth ER 핵에 가까운 쪽이 조면소포체, 세포막 쪽으로 가까이 갈 수록 활면소포체

19 Endoplasmic reticulum (ER) 소포체
조면소포체 : 표면에 리보솜 ribosome 부착 (항상 부착되 어 있는 것은 아님, 탈부착을 반복함) 리보솜 구성 : rRNA+단백질 만들어지는 장소 : 핵속의 인 (but not always) 위치 : 조면소포체 표면, 혹은 세포질 기능 : 단백질을 생성  분비될 단백질 합성 세포질의 자유 리보좀은 세포내에 존재하는 단백질 합성 활면소포체 지방산 또는 다른 막 구성성분 합성 RER에서 생성된 단백질 화학적 변형 장소 동물세포에서는 글리코겐 분해 장소 화학물질 해독 Ribosomes are “protein factories” (synthesize proteins). If attached to ER, then they synthesize proteins that usually end up being exported out of the cell [pepsin is a protein (enzyme) produced by stomach cells - functions in digestion of proteins in food] Ribosomes floating freely in cytoplasm usually produced proteins that stay within the cell (actin, myosin).

20 Golgi apparatus 골지체 막으로 싸인 주머니의 층상구조 세포골격 (cytoskeleton) 기능:
분비 생성계의 처리중추 ER로부터 받은 단백질 저장, 변형, 분류, 포장, 수송 소낭(막으로 싸인 일시적인 저장 운반작용)을 통해 ER에서 골지체로 운반 세포골격 (cytoskeleton) 내막계의 접혀 있는 형태 유지 ER  골지체로의 소낭 이동시 케이블로 사용 Golgi apparatus often referred to as a shipping/processing center because it receives materials from ER, processes them & then ships them out.

21 Lysosomes 리소좀 40여 가지 이상의 소화효소를 포함한 소낭 세포소기관 재활용, 세포 부산물 분해 및 세균 제거
동물세포에만 존재 분해효소를 포함하며 세포내 기질을 분해하지 않게 소 낭속에 포장되어 있음 효소는 rough ER에서 생성 소낭은 골지체에서 출아 기능 : 세균, 오래된 세포소기관, 영양소등 분해 세포 내/외부의 부스러기들이 들어있는 소낭과 융합한 후 분해. 소화되지 않은 물질은 세포막을 통해 외부로 방출

22 Peroxisomes 퍼옥시좀 세포질에서 생성된 여러 가지 효소를 포함한 소낭 모든 진핵세포에서 발견
산소 이용 및 독성물질을 대사작용 과산화수소 생성 카탈라제는 물로 변환 H2O2 hydrogen peroxide 형성  thus, 퍼옥시좀 산소를 이용하여 세포를 보호하는 반응 수행 다양한 효소가 존재하여 다양한 반응 수행 몸안에서 돌아다니는 활성 유기 산소를 잡아다 과 산화수소를 만든다.

23 Mitochondria 미토콘드리아 이중막 구조 영양소로부터 에너지(ATP)를 획득 #/cell varies (~1,700)
외막은 단조로움 내막은 접힌구조로 크리스테 영양소로부터 에너지(ATP)를 획득 #/cell varies (~1,700) 고유의 DNA를 가짐 모계 유전 세포호흡 장소 #/cell - A typical liver cell has about 1,700 mitochondria; cells with high energy requirements, such as muscle cells, may have many thousands.

24 Chloroplasts 엽록체 #/cell varies 식물 및 원생생물에 존재 광합성 기능 이중막 구조
광합성으로 빛을 화학에너지로 전환. 이중막은 스트로마를 싸고 있다 stroma 스토로마 납작한 주머니 모양의 틸라코이드막 #/cell varies 고유의 DNA를 가짐 식물 및 원생생물에 존재 광합성 기능 Thylakoid membranes are embedded with enzymes & light-harvesting proteins, which convert sunlight to chemical energy. Granum = a stack of thylokoids.

25 The Endosymbiont Theory 세포내공생론
엽록체, 미토콘드리아 독자적인 DNA 갖는다. 이중막구조 모계유전을 한다 (세포질 유전) 원핵생물들이 어떤 식으로 진핵생물로 진화해 왔는지를 보여준다 엽록체와 미토콘드리아는 세균으로부터 유래 하였으며, 고세균에 의해 병합되었다. 미토콘드리아와 엽록체는 세균과 비슷하다 (크기, 형 태, 막구조 및 단백질 합성 방법)

26 내부공생이론 시아노박테리아가 물 속에서 산소를 만들기 시 작함. 산소는 다른 물질과 반응하여 산화물 생성
원시진핵세포는 산소가 풍부한 환경에서 견디기 위해 산소를 이용하는 세균 (미토콘드리아)을 자 신의 내부로 받아들였음 세포 안으로 함입된 소낭이 외막을 만들고 소낭 에 싸인 세균의 세포막이 내막을 만들었다…