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세포

last modified: 2015-03-23 23:22:07 by Contributors

Contents

1. 細胞, Cell
1.1. 세포 소기관
1.1.1. 구획화
1.1.2. 세포 내 수송
1.1.2.1. 수송 방법의 분류
1.1.2.2. 수송 장소의 분류
1.2. 세포주기(Cell cycle)
1.2.1. 세포주기의 단계
1.2.2. 세포주기조절계
1.3. 세포 발달(development)
1.4. 항목이 개설된 세포의 종류
1.4.1. 현실
1.4.2. 가상
2. ячейка (야체이카)
3. 洗浦


1. 細胞, Cell



모든 생물체의 기본 구조 및 활동이 되는 단위. 어느 생물이든 세포를 가지고 있지 않은 생물은 없다. 다만 생물들이 지니고 있는 세포의 개수는 제각기 다르며, 심지어 세포 1개로 구성되어 있는 생물들도 존재하여 이를 단세포 생물이라고 한다. 그리고 세포 여러 개로 구성되어 있는 생물을 다세포 생물이라고 한다.

또한 동물 세포와 식물 세포의 구조가 다르다. 이를테면 식물 세포에는 동물 세포에는 없는 엽록체[1]와 세포벽, 액포를 가지고 있고, 동물 세포엔 식물 세포에는 없는 중심체, 리소좀, 편모가 있다.

흔히 나오는 떡밥문제로 "의 세포와 코끼리의 세포 중 어느 쪽이 더 클까?"가 있다. 답은 서로 비슷하다이며, 코끼리가 큰 이유는 세포가 커서가 아니라 세포의 개수가 쥐보다 많기 때문이라고 설명한다.

다만 세포의 크기가 모두 비슷한 것은 아니며, 특히 난세포는 세포 속에 영양분을 많이 가지고 있어야 하기 때문에 그 크기가 큰 편이다. 예를 들면 달걀, 타조알도 분열이 시작되기 전에는 하나의 세포다. 그래서 지구상에서 가장 큰 세포는 타조알. 타조알보다는 작지만 키위의 알(=단일 세포)은 성체 키위의 1/3정도나 된다는 것도 생각해 보면 놀랍다.

모든 세포는 성장하면서 분열을 하여 그 개수를 늘리고, 수명이 다하면 죽는데, 만약 죽지 않고 비정상적으로 무한 분열을 할 경우 이를 불사신세포라고 한다. 암세포가 증식하면 이 되어 생명체의 생명을 위협하게 된다.


1.1. 세포 소기관

참고로 대부분의 세포 소기관들은 일반적인 인식과는 달리 세포가 유전자만 있으면 컴퓨터 프로그래밍 하듯이 만들어지는 것이 아니라, 부모 세대의 세포 내에서 복제되어서 딸세포에게로 그대로 물려주는 것이다. 전문용어로는 데노보 합성(de novo). 세포 내에서 뭔가를 만들려면 효소가 필요한데, 효소는 단백질인데, 이 단백질은 소포체나 골지체같은 소기관이 없으면 만들 수가 없다.[2]

  • 세포핵(Nucleus) - DNA의 보관장소, 핵산의 합성장소.
  • 미토콘드리아(Mitochondria)[3]
  • 세포 기질(Cytosol) - 핵과 미토콘드리아를 제외한, 세포막 내의 모든 구성성분에 대한 통칭. 크게 세포질과 세포질 내 소기관으로 구분된다.
    • 세포질(Cytoplasm)
    • 소포체 - Endoplasmic reticulum, 줄여서 ER이라고도 부른다. 리보솜의 부착여부에 따라서 조면소포체와 활면소포체로 구분된다. 소포체에 붙어있는 리보솜들은 대게 다른 소기관이나 세포 바깥으로 이송되게 단백질 등을 합성한다. 정확히는 단백질이 합성되는 곳은 (소포체에 붙어있는) 리보솜인데, 만들어지면서 완성된 부분은 소포체 안으로 삽입되기 때문에 소포체에서 단백질이 합성되는 것처럼 보이기도 한다. 사실상 용어의 정의 문제. 또한, 칼슘 이온을 저장하고 지질을 합성한다.]
    • 골지체(Golgi body)[4]
    • 리소좀(Lysosome), 퍼옥시좀(Peroxysome)[5]
    • 리보솜(Ribosome)
    • 세포막(원형질막, Plasma membrane)
    • 세포골격(Cytoskeleton)
  • 식물세포에만 존재 :
    • 세포벽(Cell wall)
    • 엽록체(Chloroplast) [6]
    • 액포(Vacuole) [7]
  • 동물세포에만 존재 :
    • 중심체(Centrosome)

1.1.1. 구획화

세포 내에서 일어나는 화학작용들은 정해진 환경이나 조건 내에서만 일어날 수 있는 것들이 많다. 뭔 소리냐면, 세포소기관들이 제대로 작용하기 위해서는 원래 절대로 몸에 있을 수 없는 특수한 환경이 갖춰줘야 한다는 것이다. 즉 그냥 몸에다 꼴아박으면 절대 화학작용이 일어나지 않는다는 것. 그래서 화학작용에 필요한 요소들과 효소들을 갖추고 효과적으로 세포 내에서 화학작용을 작동시키기 위한 환경을 구축한다. 그래서 세포는 더 작은 단위로 구획되고, 이 작용을 세포 구획화(compartmentalization)라고 하고, 그 결과물이 세포소기관이다.

1.1.2. 세포 내 수송[8]

구획화는 화학합성에 필요한 장소를 제공해 줄 수 있지만, 동시에 화학합성에 필요한 재료들이 그 장소로 이동하는 것을 막과 거리로 막아버린다. 이런 구획화로 인한 한계를 극복하기 위해, 세포가 채택한 방법들을 통틀어 세포 내 수송(intracellular transport)라고 명칭한다.

막과 거리를 극복하기 위해,[9] 화학합성에 필요한 재료, 즉 효소=단백질들은 선별 신호(sorting signal)[10]를 이용해, 수송체(vesicular), 수용체(receptor), 수송 단백질(transport protein)등에게, '나 이동해야 함ㅇㅇ'이라는 신호를 보낸다.

  • 선별 신호(sorting signal): (sorting) signal sequence라고도 한다. 단백질을 어디로 보낼까를 결정하는 아미노산 서열. 참고로 세포질에서 만들어지는 대부분의 단백질들은 핵과 소포체가 목적지이다.
    대부분 단백질의 아미노산 말단[11]에 위치하며,[12][13] 목적지에 도착한 단백질들은 신호 분해 효소(signal peptidases)에 의해 분해되어정리해고 사라진다.
    대부분의 경우 그냥 2차원적 구조를 띄지만, 가끔 3차원적 구조를 띄는 경우도 있는데, 이 경우는 신호부분(signal patch)이라고 부른다.

  • 신호 수용체(sorting receptor): 선별 신호(sorting signal)을 인식하여 단백질을 목적지까지 배달을 시켜주는 택배차량구조체. 한 번 쓰이면 대부분 분해되는 선별 신호(sorting sequence)와는 달리 재활용되는 경우가 많다.


1.1.2.1. 수송 방법의 분류

  • 통로 수송(Gated transport): 통로로 일컬어지는 막단백질을 통해 물질을 수송한다. 예로 핵 안으로 보내지는 단백질의 경우, 핵공 구조체를 통해 세포질에서 핵 안으로 수송된다. 이 경우, 핵공은 선택적 수용체로서, 해당 단백질을 능동적으로 핵 안으로 수송하는 역할을 한다. 하지만 핵공이 위낙 커서 확산에 의한 통과 역시 일어나기도 한다.

  • 막간 수송(transmembrane transport): 수송 단백질(protein translocators)[14]라는 특정한 효소에 의해, 단백질들은 막구조체[15] 안쪽으로 이동된다. 이 막구조체 안쪽으로 들어가기 위해서, 대부분의 단백질들은 수송 단백질에 의해 접힘이 풀리곤 한다.(unfolding)[16]

  • 소낭 수송(vesicular transport): 지질로 만들어진 주머니인 소낭에 의해 단백질이 수송된다. 주로 수송체에 있던 단백질들이 골지체로 갈 때 이 과정을 거친다.
상기의 3가지 수송은 전부 선별 수용체(sorting receptor)에 의해 인지되는 선별 신호(sorting signal)을 필요로 한다.

1.1.2.2. 수송 장소의 분류

  • 핵공 수송: 세포핵 안으로 수송되어야 하는 단백질들은 당연히 세포질 안에 있다.(단백질의 합성 장소가 세포질이니까) 그러므로 핵 안에 수송되어야 하는데, 이 수송은 (번역하면 핵수입 수용체)nuclear import receptor[17]이 맡으며, 이 수용체들은 수송되어야 하는 단백질들의 (핵이동 신호)nuclear localization signal을 인식해서 목표 단백질을 찾는다.[18]
    혹은 핵 바깥으로 단백질이 수송되어야 할 때도 있다. 이를테면 너무 커다란 RNA같은 경우인데, 이는 역시 핵수출 신호nuclear export signal을 인식한 핵수출 수용체nuclear export receptor에 의해 이루어진다. nuclear export recepotor 역시 NPC와 signal에 달라붙는 부분이 둘 다 있다.[19][20][21]

  • 미토콘드리아 수송: 미토콘드리아 항목에도 나와있다시피 미토콘드리아는 예전에 는 독립적인 생물이었으므로 스스로의 DNA를 가지고, 스스로 생존에 필요한 단백질을 모두 만들 수 있었다. 하지만 지금은 대부분의 단백질들을 숙주 세포로부터 받아오지 않으면 죽어버리는 신세. 따라서 미토콘드리아는 스스로가 두른 이중막 지질을 통과하여 세포질의 단백질을 안쪽으로 가져와야만 한다.

    미토콘드리아 외막에는 TOM complex과 SAM complex라는 수송단백질이 있어 단백질을 통과시킨다. 또한 미토콘드리아 내막에는 TIM complex과 OXA complex라는 수송 단백질이 있어 단백질을 통과시킨다. 이 두 수송 단백질을 통과하기 위해서는 각각 1분자씩, 2분자의 ATP가 소모된다.식객이네. 그래도 얘네가 만들어주는 ATP가 쓰는 ATP보다 많으니까 용서하자. 물론 이는 기질로 들어가는 경우고, 그냥 막간 공간에 남아있는 경우는 1분자만 쓴다.

    문제는 미토콘드리아가 위낙 원시적이고 수송단백질도 원시적이라(...) 핵공과는 다르게 좀 커다란 단백질은 통과를 못 시키고, 접힘을 풀어 1차원적인 구조를 만들어놓아야만, 그러고도 기질에서 Hsp70가 잡아 끌어줘야만 통과가 가능하다는 것이다.기껏 만들어놨더니 이새끼가 그런 후에 기질이나 막간 공간으로 들어가면, 안에 있던 샤페론 단백질(charperon)이 다시 접어주신다. 또한 signal sequence도 잘리는데, 샤페론이 관여하는 것과는 달리, signal sequence는 기질에서만 잘린다.

  • 소포체 수송
  • 골지체 수송
  • 리소좀 수송: 리소좀항목 참조.
  • 세포내섭취작용(Endocytosis)

1.2. 세포주기(Cell cycle)

대부분의 세포는 여러 성장 단계를 거쳐 생장한 끝에 2개의 딸세포로 분열하며, 딸세포들도 모세포와 같은 성장 단계를 밟아, 분화한다. 이러한 성장과정의 반복을 하나의 순환과정으로 보아, 세포의 성장 및 분열을 한 주기(cycle)로 묘사한 것이 세포주기(cell cycle)라고 할 수 있다.

1.2.1. 세포주기의 단계

세포주기(cell cycle)는 크게
  • G1 phase
    분열이 막 끝난 세포가 성장하는 단계. 신경세포를 비롯한, 분열 불가능한 세포들은 대게 이 단계에서 cycle을 중지한다. 중지된 세포의 주기를 G0 Phase라고 한다.
  • S phase
    충분히 성장한 세포가 DNA 복제를 하는 단계.
  • G2 phase[22]
    DNA를 복제한 세포가 세포분열에 대기하여(S phase를 끝낸 세포는 거의 100% 세포 분열까지 간다. 즉, M phase까지 간다.), 세포소기관 등을 2배로 늘리는 단계.
  • M phase
    세포가 분열하는 단계.[23] 유사분열(mitosis)와 세포질분열(cytokinesis?)로 나뉜다.[24] 또 mitosis는 전기(prophase), 전중기(prometaphase), 중기(metaphase), 후기(anaphase), 말기(telophase)로 나뉜다.[25]

1.3. 세포 발달(development)

당연하지만세포 발달은 세포소기관, 세포주기, 세포신호 등과는 달리, 다른 계(系), 문(門), 강(鋼)끼리 다른 양상을 보인다. 예를 들자면 DNA 복제의 시스템은 해면이나 인간이나 똑같지만, 태아 발달의 단계는 해면과 인간이 상이하다

하지만, 그래도 모든 동물은 공통조상으로부터 분화되어 진화되었기 때문에, 대부분의 동물들이 비슷한 형태의 homeo boxhox gene, 즉 후반부 배아 발달에 중요한 역할을 하는 유전자들을 가진다. 그게 바로 동물들이 태아 시기에 서로 닮은 이유이다.[26]
이런 이유 때문에, 아니 덕분에 우린 세포발달학을 대학교 수준에서도 배울 수 있다. 만일 초파리, 예쁜꼬마(참고로 정식 번역명이다. 학명이 C. elegance), , 제브라피시, 인간의 세포 발달이 서로 다르게 일어난다면 외우기 존나 힘들듯?

시기와 발달의 단계별로 크게

수정란 → 2에서 16까지의 세포분할기 → 상실포 → 포배기 → 낭배기 → 태아

로 나뉜다. 자세한 건 세포 발달의 분류참조.

1.4. 항목이 개설된 세포의 종류

2. ячейка (야체이카)

1번 항목과는 한자가 같지만 좀 파생된 의미. 주로 공산주의, 사회주의 사상가들의 기초단위를 말한다. 러시아어로는 야체이카라고 부르는데 그 때문에 한국 근현대사를 공부하다보면 굉장히 쉽게 접할 수 있는 단어이다. 80년대 민주화 운동의 일환으로 노학연대(노동자-학생 연대)가 활발히 진행되었을 때에는 대학생들이 공장 노동자로 위장취업(?)해서 그곳에서 민주노조를 조직하고 노동투쟁을 전개하는 투쟁의 방법으로 선호되기도 했다.

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  • [1] 예외로 유글레나는 동물인데도 엽록체를 가지고 있다.
  • [2] 단백질의 구성요소인 폴리펩티드는 리보솜에서 다 만들어지지만 이 단백질이 활성화되는 장소는 소포체나 골지체에서 이루어진다.
  • [3] 의외로 핵보다 많은 지분을 차지하고 있는 소기관. 핵은 9%인 반면 미토콘드리아는 전부 합쳐 핵 부피의 22%나 되는 부피를 차지하고 있다.
  • [4] Golgi다! 한자가 아니다! 소포체로부터 만들어진 단백질들이 수송되는 중간지점이자 탄수화물의 합성지점.
  • [5] 산화작용으로 과산화수소를 만들어서 이런 이름이 붙었다.
  • [6] 엽록체도 미토콘드리아처럼 DNA를 따로 가진다.
  • [7] 동물세포에도 존재하긴 하나 동물세포는 물질의 출입이 자유롭기 때문에 식물세포만큼이나 발달하지 않는다.
  • [8] 세포소기관과 밀접한 관련이 있으므로 하위항목을 개설한다.
  • [9] 거리라면 모르겠지만 막은 특정 물질들은 통과를 허용하고, 특정 물질들은 통과를 막는데, 비극성의 작은 물질들은 쉽게 통과하는 반면, 극성일수록, 크기가 클수록 막을 통과하기가 어렵게 된다.
  • [10] 선별 서열(sorting sequence), 신호 서열(signal sequence)등으로도 부른다.
  • [11] 단백질의 양쪽 끝은 각각 카르복실기와 아미노기로 끝나는데, 그중 아미노산이 위치하는 방향.
  • [12] 가끔 C 말단에 KKXX나(막단백질의 경우) KDEL서열(sequence)가(BiP같은 세포질 단백질의 경우) 존재하는 경우도 있는데, 이러한 sequence들이 있는 단백질들은 일반적인 단백질들과는 달리, ER에서 출발해 ER에 돌아온다.왜 출발했지
  • [13] 이와는 다른 경우로, 역시 C 말단에 위치한 3개의 아미노산이 있는데, 이 아미노산들은 단백질이 퍼옥시좀에 의해 분해되도록 한다.
  • [14] translocate, transfer, transport등은 전부 '수송'이라 번역되어 원어가 가지는 용어로써의 의미 차이가 사라진다.
  • [15] 미토콘드리아, 퍼옥시좀, 소포체 등등. 하지만 명백한 막구조체인 핵은 예외인데, 핵공이 있기 때문.
  • [16] 단백질이 활성화를 나타낼려면 3차원 구조가 제대로 완성되어야 하는데 이것을 접힘(folding)이라 한다, 이 상태가 아닌 걸 unfolding, misfolding 등으로 부른다.
  • [17] 이 nuclear import receptor는 nuclear localization signal에 결합하는 부분과 NPCs에 결합하는 부분이 둘 다 있다.
  • [18] 가끔 nuclear import receptor가 바로 target protein을 붙잡지 않고 어댑터(adaptor protein)을 붙잡은 다음, 이 adaptor protein이 nuclear localization signal을 인식하여 붙잡는 경우도 있다.
  • [19] 당연한지 모르겠지만 nuclear export receptor와 nuclear import receptor은 둘 다 nuclear transport receptor에 속하여있다.
  • [20] importer와 exporter. 즉 transporter들은 둘 다 Ran-GTP, Ran-GDP라는 효소에 의해 작동을 도움받는다. 핵 바깥에서는 Ran-GDP가 transporter에서 분리되고, 핵 안쪽에서는 Ran-GTP가 transporter에 결합한다.
  • [21] 다만 T-cell의 경우는 GTP 대신 인산화를 이용한다.
  • [22] 여기까지의 3개를 합해 간기(interphase)라고 한다.
  • [23] (초기의 현미경으로 관찰하기 좋기 때문에)옛날부터 연구가 많이 이루어져 중등교육과정에서도 세세한 부분까지 다루어진다.
  • [24] 감수분열이라면 mitosis 대신에 meiosis.
  • [25] anaphase와 telophase는 cytokinesis와 mitosis에 둘 다 속한다.
  • [26] 이를테면 초파리의 소뇌(cerebellum) 유전자(''engrailed-1)를 쥐의 소뇌 유전자와 바꿔쳐도, 태아 단계에서는''' 별 문제없이 소뇌가 발달하는 모습을 볼 수 있다.
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