세포의_구조와_기능
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- 본문내용
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일단 세포에 구조와 기능에 대해 알아보기 전에 세포의 정의를 한번 알아보겠습니다. 세포란 생물의 몸을 구성하는 최소의 단위입니다. 세포는 생명의 기본적 단위이자 기능적 실체로서 성분과 기능이 각기 다른 반투과성 막으로 둘러싸여 있습니다. 원핵세포와 진핵세포라는 두 가지 기본적 형태가 있습니다. 일반적으로 원핵세포는 크기가 작고 구조가 단순합니다. 이외에도 경이로울 정도로 빠른 생식률과 생화학적 다양성 등으로 여러 원핵생물이 생물권에 널리 존재합니다. 이와 비교해 진핵세포의 가장 현저한 특징으로는 복잡한 내부 구조를 들 수 있습니다. 진핵생물은 여러 막- 결합 세포소기관에서 서로 다른 대사 기능을 하기 때문에 더욱 정교한 세포 내 대사가 가능합니다. 복잡성에 의해 가능해진 다양한 대사조절 메커니즘은 다세포 생물이 필요로 하는 두 가지 중요한 특성, 즉 세포의 전문화와 세포 내 협동을 촉진합니다. 따라서 다수의 진핵생물은 수많은 종류의 전문화 세포로 구성된 다세포생물이라고 할 수 있습니다.
원핵세포와 진핵세포의 공통적인 특징은 유사한 화학성분 DNA를 유전물질로 모두 사용한다는 것입니다. 일단 세포의 구조와 기능에 대해 간단히 알아보기 위해서 물, 세포막, 자기조립, 분자기계 등 을 알아보았습니다.
물은 생명현상의 전 과정을 지배합니다. 물은 독특한 극성 구조와 고농도에 의한 화학적, 물리적 성질로 인해 물은 생물에 있어 필수 부가결한 성분이라 할 수 있습니다. 친수성 분자는 물에 잘 녹고 소수성 분자는 녹지 않습니다. 생물체는 이 생체 분자들의 특유의 분자 구조를 이용하는데 인지질과 단백질이 좋은 예입니다. 물에서 인지질은 자동적으로 막 모양의 이중층을 형성합니다. 이와 유사하게 각 폴리펩티드에서도 친수성과 소수성 곁사슬의 비율과 정확한 위치가 그 구조와 기능, 성질을 결정합니다.
세포막은 세포 전체를 둘러싸고 있는 얇은 막입니다. 세포막은 주로 인지질과 단백질로 구성되며, 인지질 이중층의 기본 구조에 단백질이 포함되어 있습니다. 이러한 구조는 세포막 뿐만 아니라 핵과 소포체의 막 등에서도 공통적으로 나타나므로 이를 생체막(단위막)이라고 합니다. 인이 있는 머리 부분은 친수성이고, 지질이 있는 꼬리 부분은 소수성으로, 소수성 꼬리 부분이 마주 보는 이중층 구조를 이루고 있습니다. 친수성 단백질은 인지질 이중층의 바깥에 분포하고, 소수성 단백질은 이중층의 곳곳에 일부만 파묻히거나 관통하고 있습니다. 이들은 그 위치가 유동적입니다. 세포막의 기능으로는 세포의 형태를 유지하고 내부를 보호하며 호르몬 수용체도 작용합니다. 물질 이동의 통로로, 세포의 생명활동에 필요한 물질을 흡수하고, 불필요한 물질은 배출하여 세포 활동을 조절합니다.
핵산과 단백질 같은 중합체들은 단량체로부터 만들어집니다. 합성 후 중합체들이 모여 고차원 수준의 조립을 형성하는데 이를 초분자 구조라고 부릅니다. 대표적인 예로 리보솜과 근육세포의 근절 같은 거대한 단백질 복합체 또는 프로테아좀 등이 있습니다. 자기조립 원리에 의하면, 상호작용하는 대부분의 분자들은 안전하고 기능적인 포분자 복합체를 자발적으로 형성할 수 있는데 그 이유는 필요한 입체정도를 원래부터 갖고 있기 때문입니다. 또 이 분자들은 상보적 구조, 전하 분포와 비교적 약한 비 공유 상호작용의 형성을 가능하게 하는 소수성 부위가 있는 복잡한 형태의 표면을 갖고 있습니다. 자기조립과정은 경우에 따라 도움이 필요합니다. 예를 들어 어떤 단백질의 접힘은 접힘 과정 중 부적절한 상호작용을 방지하는 단백질 분자인 분자 샤프롱의 도움을 필요로 합니다.
분자기계의 한 예로 단백질 합성에 관련된 리보솜과 골격근의 수축 단위인 근절을 들 수 있습니다. 일반적으로 기계란 ‘일을 하는 운동성 부속품을 갖고 있는 장치’라고 볼 수 있습니다. 각 기계의 적절한 기능은 사용한 힘의 정확한 양이 움직임의 적당한 양과 방향을 일으켜 특정한 작업이 성공적으로 완수 되도록 해줍니다. 에너지를 이용한 단백질의 3차원적 모양의 변형입니다. 생물학적 기계의 하나 또는 그 이상의 성분은 ATP나 GTP같은 뉴클레오티드와 결합합니다. 뉴클레오티드의 운동단백질 소단위와의 결합 그리고 뉴클레오티드의 가수분해 시 일어나는 에너지 방출은 소단위 모양 내 정확하게 표지한 변화를 일으킵니다. 그 결과 이와 같은 변화의 파장이 도미노현상처럼 인접 소단위에 전달됩니다. 뉴클레오티드의 가수분해가 기본적으로 불가역 반응이기 때문에 생물학적 기계는 비교적 효율적입니다. 따라서 각 기계에서 일어나는 기능적 변화는 한 방향으로만 일어납니다.
본격적으로 원핵세포의 구조에 대해 알아보았습니다. 원핵세포란 막으로 둘러싸인 세포기관이 없는 세포를 말합니다. 원핵생물 중 가장 흔히 관찰되는 형태는 원통 모양 또는 막대모양, 타원형, 그리고 나선형으로 꼬인 것 등입니다. 또한 원핵생물은 비교적 작은 크기, 운동능력 그리고 특정 염색물질에 염색되는 특징을 갖고 있습니다.
원핵생물의 세포벽은 중요한 지지 역할을 하는 복잡한 반강체 구조입니다. 세포벽은 원핵생물의 모양을 유지하고 기계적 손상으로부터 보호하는 역할을 합니다. 세포벽의 강도는 복잡한 펩티드와 탄수화물을 포함한 중합체에 의한 것입니다. 많은 박테리아의 세포벽에서 이 중합체로 구성된 망상조직을 펩티도글리칸이라고 부릅니다. 펩티도글리칸은 박테리아 세포벽의 독특한 구조로서 포유류에는 이와 상응하는 구조물이 알려져 있지 않습니다. 따라서 이를 합성하는 효소들은 항생제의 이상적인 표적입니다. 박테리아의 외피를 강직하고 견고하게 유지시켜 주는 펩티도글리칸은 N-아세틸글루코사민과 N-아세틸무람산의 중합체로서, 이들이 번갈아 글리코시드 결합을 합니다. 또한 아세틸무람산에 부착된 짧은 펩티드 사이에 교차결합이 있습니다. 이 복잡한 거대분자의 다당류 골격을 조립하기 위한 아세틸글루코사민과 아세틸무람산은 공히 우리딘 뉴클레오티드가 탄소에 결합함으로써 활성화됩니다.
박테리아의 Gram 양성 균과 Gram 음성 균은 펩티도글리칸이라는 물질로 구성이 되어있습니다. 펩티도글리칸은 N-아세틸글루코사민 과 N-아세틸무람산이 반복하여 축을 이루고, 여기에 테트라펩티드가 사이에 결합하여 그물보양의 펩티도글리칸이 됩니다.
세포벽 바로 안쪽에 원형질막이 있습니다. 박테리아 원형질막은 선택적인 삼투장벽으로 작용할 뿐만 아니라 영양물과 독소를 감지하는 수용 체 단백질을 갖고 있습니다. 두께는 5~25㎛입니다. 광학현미경으로는 관찰할 수 없지만 전자현미경으로 관찰이 가능합니다. 이 막은 원형질 표면, 즉 매 액과의 계면에 형성된 흡착 막 또는 침전막으로 생각됩니다. 원혈질막의 분자구조는 레시틴이나 콜레스테롤 등의 표면 활성물질 분자가 2분자 층으로 그 표면에 배열되며, 이것을 각 1분자 층의 단백질 분자가 양쪽에서 샌드위치 한 단위 막 구조입니다. 원형질의 투과성에 중요한 구실을 하며, 생리상태가 변하면 그 투과성도 신속히 변합니다. 또, 손상에 대해서는 쉽게 새로 형성됩니다.
비록 내부 막을 갖고 있지는 않지만 원핵세포는 기능적 구획을 갖고 있는 것처럼 보입니다. 이 중에서 가장 두드러진 것은 염색체를 포함하고 있는 불규칙적인 모양의 핵양체입니다. 박테리아 염색체는 원형질막에 부착되어 있으며 고도의 꼬인 구조가 있는가 하면 꼬여 있지 않을 것도 있습니다.
- 참고문헌
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․ 생화학 길라잡이 - 라이프사이언스
․ 생물ⅱ 하이라이트
․ 프랜 보크월. 믹 롤프 - 즐거운 세포 - 승산
․ 쿠로타미 아케미 - 교과서보다 쉬운 세포 이야기 - 푸른숲
․ 이재열 - 미생물의 세계 - 살림출판사
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