7급 공무원 및 기사시험 대비 생물학개론 핵심 요점 정리 4. 세포의 구조와 기능

4. 세포의 구조와 기능

 

 

* 세포의 발견

 

1) 영국의 훅 (Robert Hooke, 1665yr) : 코르크를 얇게 잘라 현미경으로 관찰하여 세포를 발견

① 코르크는 원형질이 없이 속이 빈 세포가 규칙적으로 배열해있는 것으로, 부피
생장하는 식물의 줄기, 가지, 뿌리의 가장 바깥쪽에 위치한 보호조직
② 개발되어 사용되기 시작하던 현미경을 이용하여 코르크를 관찰한 후, 이를 '작
은 방'이라는 뜻의 라틴어를 빌어 '세포(cell)'이라고 하였으나 실제로는 세포벽이
었다.

2) 영국의 브라운(Robert Brown, 1831yr): 세포에서 핵을 처음 발견함.

3) 독일의 슐라이덴(Matthias Jakob Schleiden, 1838yr) : ‘식물의 기원’을 발표하여 생
물체의 기본구조가 세포라고 역설.

4) 독일의 슈반(Theodor Schwann,1839yr) : ‘동식물의 구조와 성장의 일치에 관한 현
미경적 연구’를 통해 동물체 및 식물체는 모두 단세포 또는 세포의 복합으로
되어있다고 하는 생물의 세포학설을 제창하였다.

 식물 세포설 ; 슐라이덴 (Matthias Jakob Schleiden, 1838yr)
 동물 세포설 ; 슈반 (Theodor Schwann,1839yr)
- 세포설(1839yr): 모든 생물은 세포로 구성되어 있으며, 생물의 구조와 기능을 이루
는 기본 단위는 세포이고, 모든 세포는 세포로부터 생성된다.
- 원형질설(1859yr): 원형질이야말로 생명의 본체이며, 세포는 생물개체를 만들고
있는 원형질이 부분적으로 구조 분화한 결과로 생긴 것이다.
 원형질(protoplasm): 세포에서 생활에 직접적으로 관계가 있는 물질계로, 세포 내
의 '살아 있는 물질계’로 핵, 세포질, 세포막, 엽록체, 미토콘드리아 등이 있다.
 후형질(metaplasm): 세포질 속에 있는 원형질의 활동 결과 만들어지는 비활동적인
물질로, 세포벽, 액포, 탄수화물, 단백질, 지방, 지질 결정 등이 있다.

 

* 현미경 ; 작은 물체나 물질을 확대하여 관찰하는 장치

 현미경은 배율과 분해능이 가장 중요
- 배율 ; 관찰 표본이 실제로 확대되는 비율 (일반 광학 현미경, ×40 - ×1000)
- 분해능 ; 확대된 상의 선명도를 나타내는 것으로 두 물체(점) 사이를 분리, 분해할
수 있는 거리. 인간의 눈은 0.1mm, 광학현미경은 0.2 μm인데 세균 직경이 약 1 μm
이므로 광학현미경으로 관찰이 가능.
 전자현미경은 가시광선보다 파장이 작은 전자를 광학렌즈대신 전자렌즈를 사용
하여 시료에 주사하고, 시료와 상호작용한 전자를 검출기로 측정하여 형상을 만듦.
 주사전자현미경은 전자선이 시료면 위를 주사(scanning)할 때 시료에서 발생되는
이차 또는 반사전자를 검출하여 대상 시료를 관찰한다.
 투과전자현미경은 주사전자현미경과 달리 시료를 투과하며 시료의 원자 및 전자
들과 상호작용하여 영상을 만든다. 세포조직 및 미세구조의 관찰과 단백질과 같은
작은 구조도 관찰 가능하다. 분해능이 0.2nm 정도.

 

현미경으로 관찰할 수 있는 생물

* 주요한 두 종류의 세포

 세포는 기본적으로 크게 원핵세포(prokaryotic cell)과 진핵세포(eukaryotic cell)의
두 종류로 나눌 수 있다.
 원핵세포는 고세균과 진정세균이 있으며 진핵세포는 원핵세포 이외의 다른 생물,
원생동물, 식물, 동물, 균류 등이 있다.
 원핵세포는 진화학 상으로 진핵생물보다 훨씬 이전에 존재했으며 그 크기도 진핵
세포의 10분의 1정도로 작다.
 가장 큰 차이점은 막으로 둘러싸인 세포 내 소기관이 존재하는가에 따라 존재하지
않은 경우 원핵세포라 하고 존재하는 경우를 진핵세포라 한다.
 원핵세포는 세포질에 DNA가 존재하며, 진핵세포는 핵막에 싸인 핵이라는 세포
소기관 내에 존재한다.

 

* 세포의 구조

 

 원핵세포
- 구조적으로 간단한 세포이며 핵이 없음
- 대부분 다른 세포 소기관이 없고 세균과 고세균이 있다.

 진핵 세포
- 더 복잡한 세포이며, 핵을 가짐
- 다양한 세포 소기관을 가지며 식물, 동물, 균류, 원생동물과 조류가 있다.
- 전형적으로 원핵세포 보다 훨씬 큼

 

* 대표적인 세포 내 기관

 

 핵(nucleus): 유전물질인 DNA가 들어있고 세포의 모든 활동을 조절
 세포막(cell membrane): 세포와 세포 외부의 경계를 짓는 막으로 세포 내의 물질들
을 보호하고 세포간 물질 이동을 조절
 세포질(cytoplasm): 원형질 중 핵을 제외한 나머지 부분으로 세포액과 세포 소기관
으로 구성
 엽록체(chloroplast): 녹색식물 잎의 세포에 들어있으며, 광합성이 이루어지는 장소
 액포(vacuole): 성숙한 식물세포에서 잘 발달하며 세포 안에서 수용액을 가득 채움
 세포벽(cell wall): 세포를 외부로부터 보호하고 세포의 모양을 유지하도록 하는 벽
 미토콘드리아(mitochondria): 세포호흡에 관여하며 세포호흡(cellular respiration)은
생명체가 유기 화합물을 분해하여 에너지를 얻는 과정을 뜻 함

* 세포의 미세한 세계

 세포는 세포의 물질대사의 요구를 충족시키기 위해 빠른 속도로 물질을 세포 안과
밖으로 이동시켜야 하기 때문에 대단히 작아야만 한다.
 세포가 일정 크기 이상 크지 않는 이유
1. 세포의 외부물질이 내부까지 확산되기 힘들기 때문
2. 세포 내에서 만들어진 물질이 및 노폐물이 세포 외부로 방출되는데 비효율
3. 세포 내의 핵이 세포 전반에 대한 조절의 어려움

* 원핵세포의 관찰

 

 원핵세포는 진정세균영역(Bacteria)와 고세균영역(Archaea) 의 두 종류로
나뉜다.
 진핵세포와 달리 원핵세포 내부에는 복잡한 내막구조가 발달하지 않음
 진정세균과 고세균은 세포벽과 막에
서 중요한 차이를 가진다.
- 고세균의 막에는 가지 달린 지방산
- 지방산의 결합 형식 차이
 고세균은 극한 환경에서 자랄 수 있도록 구조, 생체화학, 대사 방법 등이
독특하게 적응되어 있다.

* 진핵세포의 소기관

 

 진핵세포에는 막으로 둘러싸인 핵이 있으며 다른 세포 소기관을 형성하는데도 막이 이용된다.

 막은 진핵세포의 세포질을 공간적으로 나누어 서로 다른 생화학적 또는 생리적 기능
이 세포질 내의 다른 공간에서 이루어질 수 있게 하여 여러가지 기능을 동시에 다른 방
법으로 조절하고 연계시킬 수 있다.
 막의 면적이 넓어지면 막에서만 일어나는 호흡과 광합성 작용을 증대시킬 수 있다.
 세포내의 막 구조는 다른 구획 사이에 물질을 이동하는 수단으로 사용된다.
 진핵세포는 부피가 커서 적절한 조절, 대사활동, 물질수송의 방법이 필요하기 때문에
내막체계가 발달하였다.

 

 

* 진핵세포의 관찰

 세포내공생설 : 서로 다른 원핵생물이 다른 세포의 원형질 안에 살면서 공생관계
를 유지하는 것으로 이 과정에서 진핵생물이 형성되었다는 가설
 일부 원핵생물이 다른 원핵생물 내로 들어가 특정한 기능을 수행하는 세포소기관
이 되었다는 것
 미토콘드리아와 엽록소; 세포핵과 별개의 자체 DNA를 가지며 필요한 효소 일부
를 스스로 합성. 미토콘드리아는 혐기성 세균에서, 엽록체는 호기성광합성균인
시아노박테리아에서 유래한 것으로 추정.

 

* 세포막의 구조

 원형질막과 세포 내 다른 막은 대부분 지질과 단백질
로 구성되며, 막 지질은 인지질이라는 2개의 지방산만
가지고 세번째 부분에 인산기를 가진다.
 인산기는 전하를 띄기 때문에 친수성이며 지방산 부분
은 소수성을 유지하여 인지질은 물에 대해 양면성을
가질 수 있다.
 막의 인지질과 다양한 단백질이 막 구조 안에서 떠다
니는 형태이기 때문에 유동성 모자이크라고 한다.
 막의 유동성은 인지질을 구성하는 지방산의 길이가 길
면 유동성이 감소, 콜레스테롤의 함량이 크면 유동성
은 감소, 온도가 낮을 수록 유동성이 감소한다.
 콜레스테롤은 동물세포막의 견고성을 증가시키고 낮
은 온도에서 막이 어는 것을 방지한다.

 

* 막 단백질의 기본적인 기능

 

 일부는 표면 위에 있으며 일부는 부분적으로 묻혀 있다.
- 한쪽으로 튀어나옴
 일부는 완전히 파묻혀 있음.
 양쪽으로 튀어나옴
 막 단백질의 기본적인 기능
a. 골격구조와 세포 외 기질에 부착
- 골격구조요소와 연결되어 세포의 모양 유지, 일부 막 단백질의 위치고정, 세포외기
질의 섬유에 붙어 있는 단백질들이 세포 내외의 변화를 조절한다.
b. 세포신호
- 세포외부의 물질과 결합하여 막 단백질이 변화하여 세포 내부로 신호를 전달한다.
c. 효소활성
- 세포막 안에 존재하면서 수용성에 존재하는 기질에 노출되어 효소활성을 나타낸다.

d. 수송 - 특정 용질만 선택적으로 통과시킨다.
e. 세포간의 연결 - 인접 세포의 막 단백질들이 세포연접형성을 한다.
f. 세포간 인식 - 짧은 당 연쇄를 가진 단백질이 다른 세포들에 의해 특수하게 인식하
여 세포부착, 암화 및 전이, 세포 분화 등의 생명현상에 관여한다.

* 세포 신호전달에서 막의 역할

 세포는 세포막을 통해 화학적인 신호를 전달함으로써 서로 의사소통이 가능하다.
 세포막에 존재하는 수용체에 리간드가 인지되면 단백질이나 다른 물질이 신호 전달
물질로 작용하여 세포 안으로 신호를 전달할 수 있다.
 신호전달은 한 개 이상의 세포 내 분자들이 연쇄적으로 반응을 일으키며, 신호를 전달한다.
 신호전달 과정을 거친 후에는 특정 물질 대사가 활성화 혹은 억제 등의 화학적 반응
이나 세포 골격의 재배치 혹은 구조적인 반응이 발생한다.
 세포막은 세포 신호전달에서 외부의 신호를 세포 안으로 전달하는데 세포 외부와
세포 내부의 경계면의 공유지역으로 작용한다.
 이러한 세포막은 수용체 단백질로 하여금 세포 외부와 내부를 간접적으로 연결시킬
수 있게 한다.

 세포막 수송 (수동 수송)
- 농도기울기에 대한 반응하며 저장 에
너지를 요구하지 않는다. 확산, 삼투
현상, 촉진확산 등이 포함된다.
- 확산(diffusion) : 원자, 분자, 이온이
농도기울기에 의해 이동
- 삼투현상(Osmosis) : 농도가 다른 두
액체를 반투막으로 막아 놓았을 때,
용질의 농도가 낮은 쪽에서 농도가 높
은 쪽으로 용매가 옮겨가는 현상
선택적 투과성

확산 : 분자를 균일하게 분포시키는 수동 수송의 형태

* 세포에서 삼투현상과 물의 균형

 삼투현상
- 선택적 투과성막을 통한 물의 수동수송이다.
- 농도가 다른 두 액체를 반투막으로 막아 놓았을 때, 용질의 농도가 낮은 쪽에서 농도
가 높은 쪽으로 용매가 옮겨가서 두 액체의 용질의 농도 차이가 줄어든다.
- 막 양쪽으로 용질의 농도가 평형을 이루게 되며 이렇게 막을 사이에 두고 동일한 용
질의 농도를 가진 용액을 등장액이라 한다.

* 선택적 투과성

 세포막의 선택적 투과성 : 막을 관통하는 물질의 통행을 수송단백질이 조절하는 것
으로 물질을 선택적 투과시킨다. 만약, 인지질로만 된 세포막이면 수용성 물질과 이
온은 세포로 들어가고 나갈 수 없다. 수송 단백질은 이러한 장벽을 제거하여 선택적
으로 수용성 물질들을 세포막 사이로 이동할 수 있도록 한다. 따라서 세포는 수용성
물질과 이온에 대해 선택적 투과성을 가질 수 있다.
 세포막 수송(능동 수송)
- 물질의 농도기울기에 상관없이 이동되고, 세포 내에 화학적 에너지 소모된다.
- 큰 부피의 물질을 받아들이거나 배출
- 막내운반체의 역할 : 막 관통 단백질, 막 외재성 단백질이 관여한다.

능동수송 : 펌프작용을 통한 물질의 막 이동
 세포막 등의 생체막에서 물질이 이동할 때, 세포의 밖과 안의 농도 차이를 이기고
영양을 선택적으로 흡수하거나 배출하는 작용이다.
 수동수송과 달리 물질이 막을 통과하는데 에너지를 필요로 한다.
 특정 수송단백질은 용질의 농도 구배에 역행해서 (저농도에서 고농도로) 막을 통
해 용질을 활발히 펌프작용하여 통과시킨다.
 능동수송의 경우 세포 내부에 요구되는 특정 용질의 농도를 일정하게 유지할 수
있다.
 예를 들면, 대부분의 동물세포는 세포 바깥쪽에 비해 매우 높은 농도의 K+을 함유
하는 대신, Na+ 은 바깥쪽보다 적게 함유하고 있는데, 이것은 ATP에 의해 에너지
를 지속적으로 소비하면서 Na+ -K+ 펌프 작용에 의해 유지되고 있다.

* 내포작용과 세포 외 배출 작용

 세포에서 필요로 하는 많은 분자들은 수동 수송이나 능동수송에 의해 세포로 들어
가기에 매우 커서 막 자체로만 이동할 수 없는 단백질과 같은 큰 분자의 이동은 세
포 막을 이용한다.
- 면역계의 어떤 세포는 우리 몸에 침입한 세균 세포 전체를 분해하기 위해 입자를
흡수한다.
 세포 내 흡수작용 ; 외부물질이 세포막성분으로 만들어지는 소포에 싸여 흡수됨.
 세포 외 배출작용 ; 분비성 단백질이 들어있는 소포가 세포막에 융합되어 배출시킴.

 

 

* 식세포 작용

 식세포 작용 (phagocytosis) ; 세포가 환
경으로부터 고형입자를 잡아들이는
활동으로 예를 들어 외부로부터 침입
한 병원균 등을 세포 내로 잡아들여
세포 내 소화를 하는 현상
 음세포 작용 (pinocytosis) ; 생물이 용
액에 있는 분자를 흡수하거나 세포질
내로 끌어들여서 섭취하는 현상

 

수용체 매개 세포 내 섭취작용
 수용체 매개 세포 내 흡수작용
(receptor-mediated endocytosis) ;
- 세포막에 존재하는 수용체에 특이적으
로 결합하여야만 세포 내로 유입된다.
수용체는 특정 물질만 세포 내로 유입
시킨다.

세포 외 배출작용
 세포외 배출작용 (exocytosis) ;
- 췌장에 있는 세포는 인슐린을 생
산하여 순환계를 통해 체세포에
에너지를 얻는데 사용할 포도당
이 혈액 내에 있음을 알린다. 이
때 인슐린 분자는 크기가 커서
인슐린 수송 소낭을 형성하여 세
포막과 융합하여 세포 밖으로 배
출되어 혈액 내로 들어간다.
- 세포 밖으로 이동하는 외포작용
은 몸 전체에서 일어나며 큰 분
자들 배출과 매우 작은 분자들인
신경전달물질 등도 배출한다.

 식물 세포벽과 세포연접
- 식물세포의 세포벽은 세포를 보호하고 세포의 형태를 지지해주며 세포가
흡수하더라도 세포가 터지지 않게 한다.
- 식물세포벽은 두께가 두껍지만 세포연접(cell junction)이 있어서 세포를 서
하여 세포간 연계를 통해 조절이 가능하다.
세포간 연접
 원형질 연락사
- 인접한 식물세포 사이의 통로로서 세포를
연결하여 순환 및 연락체계를 형성한다.
- 세포간 원형질막과 세포질이 원형질 연락
사로 연결되어 물과 작은 분자들이 세포 사
이를 통과할 수 있고 세포는 물, 영양분, 화
학적 신호를 서로 공유할 수 있다.

* 동물세포 표면과 세포연접

 세포외 기질
- 단단한 세포벽이 없는 동물세포는 일반적으로 식물세포 보다 유연하다.
- 단단한 세포벽은 없으나 대부분의 세포가 당단백질을 분비하여 점성이 많은 당 단
백질 층을 가지는데, 이것을 세포외 기질(세포외 바탕질)이라 한다.
- 세포를 서로 붙어 있도록 하여 세포가 조직 내에 고정되어 있을 수 있고, 또 세포를
보호하고 세포의 기능을 유지하도록 해준다.

 밀착연접 (Tight junctions): 세포 사이를 빈틈이 없게 단단하게 묶어 물질이 주변 조
직으로 새어나가는 것을 방지하는 역할을 한다.
- 세포 주변에 연속적인 방수 봉인을 형성하며, 세포를 고정 시킨다.
- 세포 사이로 액체가 흐르는 것을 막는다.
 데스모좀 (Desmosomes, 부착연접): 인접한 세포를 서로 연결하거나, 세포가 세포외
기질에 인접할 수 있도록 하며, 물질이 세포 사이 공간을 통과하도록 허용한다.
- 세포들을 함께 고정시켜 강한 판을 형성하게 한다.
- 불규칙적인 간격으로 형성되며, 고정된 밸크로 같은 기능을 수행한다.
- 세포들을 함께 붙들지만 방수는 아니어서 주변으로 액체들이 통과할 수 있다.
- 동물의 체강 벽 조직, 근육조직에서 섬유들을 함께 붙들어 준다.
- 데스모좀 단백질 부족이나 면역체계에 의한 데스모좀의 파괴하는 유전질환은 수포
를 형성하여 피부층을 분리시킨다.

 

 간극연접(gap junction, 연락연접) : 식물세포의 원형질 연락사의 기능과 유사한 통로
로서 물과 작은 물질들이 인접한 세포 사이를 흐르도록 허용한다.
- 두 세포 사이에 열린 통로를 형성하는 특별한 단백질에 의해 둘러싸인 구멍들
- 염, 당, 아미노산, 전하를 띠는 이온들을 통과시키기 충분히 크지만 단백질 및 핵산
같은 매우 큰 분자들이 통과하기엔 너무 작다.
- 간극연접은 세포간 교신에서 중요하다.
- 심장에서 근육세포에게 수축하라고 말하는 전기신호는 간극연접을 통해 세포에서
세포로 전달한다.
- 세포가 다른 세포와 닿았다는 것을 인식하는데 중요하다.
- 한 세포에서 다른 세포로 흘러 지나가는 물질은 체내에 특정 종류의 세포 분열을 조
절하는 신호가 될 수 있다.
- 접촉저해(contact inhibition) : 정상적인 세포는 보통 그들이 다른 세포와 맞닿아 있을
때 분열을 중지한다.

 

* 핵

 핵의 구조와 기능
- 핵은 인(핵소체)과 염색질로 구성되어 있으며
핵공을 가진 핵막에 둘러 싸여 있다.
- 핵막 : 핵공이 있어 각종 물질이 핵과 세포질 사
이를 왕래함
- 염색질 : DNA 와 히스톤(histon) 단백질로 구성
- 인(핵소체) : 세포소기관인 세포핵의 내부에 있
는 또 다른 소기관이나 막은 따로 존재하지 않는
다. 단백질과 RNA로 구성되어 있으며 리보솜을
생산한다.

 

* 세포 내 유전물질의 구성

 유전물질 (DNA and RNA)의 이용
1. 복제(Replication)
2. 정보의 저장(Storage of information)
3. 정보의 발현(Expression of information)
4. 돌연변이에 의한 변화(Variation by mutation)

 

 리보솜
- RNA와 단백질로 이루어진 복합체로서 세포질 속에
서 단백질을 합성하는 역할을 한다.
- 리보솜은 두 개의 소단위체(subunit)로 구성되어 있으
며 핵 내에서 단백질과 rRNA가 결합하여 소단위체를
형성하고, 각 소단위체가 세포질에서 결합하여 리보
솜을 형성한다.
- 리보솜은 핵에서 형성되지만 핵공을 통해 세포질로
빠져나가 단백질 합성을 수행한다.

 

DNA의 세포 조정
 DNA는 암호화된 정보를 mRNA를 합성하여 핵 내
서 세포질로 내보내어 단백질을 합성하도록 한다
 최초 유전물질은 RNA라고 하지만 RNA의 불안정
때문에 DNA로 변화하여 유전정보의 안정성을 유
할 수 있다고 본다. RNA polymerase는 수정기능이
없어 돌연변이의 확률이 높아질 수 있다.
 Central Dogma : DNA로부터 mRNA를 합성하고 단
백질을 합성한다.
1) Transcription (전사) : DNA를 원본으로 사용하여
RNA를 합성하는 과정이다.
2) Translation (번역) : mRNA의 유전정보를 이용하
리보좀으로 폴리펩티드를 형성한다.

 

* 세포질과 세포골격

 세포질
- 세포에서 핵과 세포벽, 그리고 세포의 활동으로 인해 생긴 지방이나 글리코겐과 같
은 세포 함유물 등을 제외한 부분이다.
- 투명한 젤리형으로 세포액과 세포소기관으로 이루어지며 수분, 염분, 효소 등이 포
함되며 가장 바깥층은 세포막으로 다른 구획과 분리된다.
 세포골격
- 세포질 사이로 뻗어 있는 섬유상 물질의 그물구조를 가지며 세포 내에서 세포형태
유지와 운동 기능을 수행한다.
- 세포 내부 뼈대로서 단백질로 구성된다.
- 세포 골격은 급격한 분해와 형성을 통하여 재배열되어 세포의 형태를 바꾸며 세포
의 운동을 일으킬 수 있다.

* 세포골격의 기능

 세포골격의 3가지 주요 용도
1. 동물 세포의 모양을 형성시키고 지
지한다. 세포의 기능에 따라 서로
다른 형태를 지닐 수 있다.
2. 세포골격은 세포 내에서 선로 역할
을 통해 세포 소기관과 분자들의 세
포 내의 이동을 조절한다.
3. 세포골격의 정교한 뼈대들은 운동
성을 발생시켜 세포들이 자신의 움
직임을 조절할 수 있게 한다.

* 세포골격

 

 미세 소관
- 구조 : 속이 빈 관 형태이며, 튜블린이라는 구형의 단백질로 이루어져 있다.
- 주요 기능 : 세포의 모양을 유지한다. 세포의 이동 역할을 한다. 세포분열 시 염색체
를 이동시키고, 운동단백질과 상호작용해 세포 소기관을 이동시킨다.
 액틴섬유
- 구조 : 두 개의 액틴 나선이 서로 꼬여 긴 중합체를 형성한다.
- 주요 기능 : 세포의 모양을 유지하며, 근육 수축 운동에 관여하며, 위족운동, 식물세
포내 세포질 유동, 동물세포 분열시 함입구 형성에 관여한다.
 중간섬유
- 구조 : 섬유성 소단위인 케라틴 단백질이 나선형으로 꼬여 단백질체를 이룬다.
- 기능 : 세포의 모양을 유지하며, 핵과 다른 소기관의 위치를 고정한다.

 

 중심립; 두세트의 미세소관이 서로 직각으로
배열되어 핵 가까이 중앙에 미세소관으로 이루
어진다. 미세소관은 세포분열에서 사용되는 방
추사를 만든다.

 

세포골격의 움직임 생성

 세포골격을 통해 세포들이 주변환경 속에서 이동하거나, 환경에 있는 것들을 세포
표면으로 이동시킬 수 있다.
 섬모와 편모
- 섬모(cilia)는 하나의 세포표면에 다수로 나타나며 길이가 짧고 ATP를 에너지원으로
사용하여 차례로 연속된 노젓기 운동을 한다.
- 편모(flagella)는 섬모보다 훨씬 길이가 길고, 많은 원핵생물과 단세포 진핵생물, 조
류와 식물에서도 세포당 하나 혹은 그 이상의 편모를 가진 세포를 많이 관찰할 수 있
으나 동물세포에서는 드물게 발견되며 파동에 의해 세포를 움직인다.
- 섬모와 편모는 구조적으로 동일하며, 9개의 미세소관과 중앙에 2개의 미세소관을
가지는 9+2구조이다.
- 조직층 일부 존재하는 비운동성 세포의 편모와 섬모는 조직의 표면 위로 액체가 잘
흐르도록 하는 기능을 한다.

 

 호흡기와 섬모
- 코에서는 코털이 1차 방어를 하고 끈끈한 점액질로 덮인 섬모가 이물질들을 외부로
내보내거나 코 안쪽에 모아 건조시켜 코딱지의 형태로 내보낸다.
- 기관, 기관지 등의 점막도 섬모로 덮여있어서 다시 한번 이물질들을 걸러내며, 걸러
진 이물질은 기침과 가래로 몸 밖으로 배출한다.
- 점액층은 온도와 수분유지가 중요한데 건조하게 되면 점액층의 두께가 얇아져서 섬
모운동이 급격히 감소하게 된다.
- 온도가 5℃ 이하나 43℃ 이상에서는 섬모운동이 거의 정지하게 되어 섬모가 점액물
질을 제대로 밀어내지 못하므로 외부환경으로부터의 방어작용에 문제가 생기고 염
증이나 2차 감염 등이 생겨 가래, 콧물 등 호흡기계통에 질환이 발생한다.

 

세포의 에너지 변환기 ; 미토콘드리아

 미토콘드리아
- 음식물 내의 탄수화물, 지방 그리고 단백질에 있는 화학결합에 저장된 에너지를
CO
2, 물, ATP(adenosin triphosphate)로 전환시킨다.
- ATP는 모든 생물의 세포 내 존재하며 ATP 한 분자가 가수분해를 통해 다량의 에너
지를 방출하며 이는 생물활동에 사용된다.
- 세포호흡이 일어나는 세포 소기관으로 호흡이 활발한 세포일수록 많은 미토콘드리
아를 함유하고 있고, 에너지 변환은 많은 양의 산소를 요구하므로 미토콘드리아는
세포가 사용하는 산소의 거의 대부분을 소모한다.
- 피막의 내막은 크리스티라는 내부로 돌출되어 접힌 구조를 가지고 있어 내막의 표
면적을 넓혀 ATP 생산을 높일 수 있다.
- 미토콘드리아의 크기와 모양은 세균과 유사하며, 다른 세포 내에서 영구적으로 살
게 된 공생 세균으로부터 기원되었을 수 있다.

미토콘드리아

 미토콘드리아 DNA (mtDNA)
- 세포는 핵에 거의 대부분의 DNA가 존재하지만 세포질 안의 '미토콘드리아'에도 소
량의 DNA가 있다. 미토콘드리아 DNA는 세균들처럼 이분법으로 증식하며 핵의
DNA와 섞이지 않는다.
- 대사와 에너지 생산에 필요한 13개의 중요한 미토콘드리아 단백질을 생산하는 유전
정보를 가진다.
 미토콘드리아 DNA를 통한 유전자감식
- 죽은 세포나 아주 미량의 시료에서도 추출이 가능하여 일반 DNA검사가 불가능한
부분에 활용된다.
- 부모에게서 반반씩 물려받는 핵 DNA와는 달리 미토콘드리아 DNA는 모계유전방
식이다.

리소좀

 가수 분해 효소를 많이 지니고 있어서, 세균 등의 이물질을 소화하는 역할을 하며 막
으로 둘러싸여 있으며 세포질에서 관찰된다.
 한 겹의 막구조로 싸여 있으며, 약산성에 최적 pH를 가지는 가수분해효소가 존재한
다. 이 효소들은 단백질, 다당류, 지방, 핵산 같은 거대분자를 분해할 수 있다. 막으로
둘러싸여 있어 자신을 분해하는 일이 일어나지 않는다.
 영양물질을 빨아들이는 식포와 융합하여 영양물질을 분해하고, 소화된 물질은 세포
의 영양분으로 쓰인다.

 해로운 세균을 파괴시키는 것을 돕고, 손상된 세포소기관을 흡수하여 소화과정을
통해 새로운 세포소기관의 형성에 쓰이도록 한다.
 리소좀막의 안정성은 세포의 생명과 관계가 있다. 비타민 A의 다량 투여나 방사선
조사에 의해 막의 안정성을 약화시켜 파괴되기 쉽게 되면, 내부에 있는 효소가 세포
질 중에 방출되어 장애가 일어난다.

 

퍼옥시좀

 모든 진핵세포에 존재하며, 단일 막으로 싸인 주머니 구조를 가지며, 전자를 제거하
여 다른 분자들을 산화시키는 여러 종류의 효소를 포함하고 있다. 산화반응을 촉매
할 수 있다.
 리소좀과 달리 골지체에서 형성되지 않으며, 세포질에서 만들어진 효소를 함유하고
소낭으로 운반된다.
 독성물질이 있는 환경에서 많은 퍼옥시즘을 생성하여 세포의 생존을 가능하게 할
수 있다.
 일부는 부산물로 과산화수소를 생산하지만, 과산화수소분해효소(catalase)를 가지
고 있어 과산화수소를 물로 변환시킨다.
 동물의 간과 신장에 많이 분포하여 혈액 속 독성물질을 분해하며, 식물의 경우 잎에
많이 존재하여 유기분자를 분해하여 재이용을 돕는다.
 퍼옥시좀의 촉매
- 지방소화작용에 이용되는 담즙염 합성하고 긴 지방산 사슬로 구성된 지질을 분해
- 희귀한 생화학 물질을 분해
- 산소 노출로 인해 형성되는 잠재적 독성 화합물을 대사작용을 통해 변화

내막계 : 세포의 생성물 제조와 분배

 세포 기능을 작동시키는 에너지는 미토콘드리아에서 공급되지
실제 합성과 변형은 내막계에서 일어난다.
 내막계의 주요 기능
- 지질은 막으로 둘러싸인 구획 내에서 생성
- 몸의 다른 부위로 보내야 할 생성물의 변형과 포장
- 폴리펩타이드 사슬이 기능을 가진 단백질 형태로 변형
- 우리 몸에 들어 온 많은 독성물질의 분해와 중화
 소포체
- 주머니 모양의 구조로 가는 관 모양, 편평한 모양 등 형태는 여
기능은 세포 안의 물질을 운반하는 데 있다.
- 소포체는 막의 표면에 리보솜이 있느냐 없느냐에 따라 조면소
로 구분된다.

조면 소포체

 조면 소포체( Rough endoplasmic reticulum, rough ER)
- 조면소포체는 표면에 리보솜이 붙어 있는 것으로, 납작한 주머니 모양의 것이 많
고 이것이 평행으로 배열하여 층상구조를 이룬다.
- 핵막과 직접 연결되어 있으며, 대부분의 진핵세포에서는 조면 소포체가 핵 주변
을 거의 모두 둘러싸고 있다.
- 조면 소포체 표면에는 단백질 합성 기구인 리보솜이 부착되어 있다.
- 주요한 기능은 몸의 다른 곳으로 운반될 단백질들을 3차 구조로 접고 포장한다.
- 조면 소포체에 붙은 리보솜에 의해 합성된 단백질은 직접 소포체의 내강(內腔) 안
으로 들어가 농축·저장되거나 운반되어 골지체로 가서 분비단백질이 된다.
- 세포 자체에서 사용되는 단백질은 보통 세포질 내에 자유로이 떠다니는 리보솜에
의해 합성되기도 한다.

 

활면 소포체
 활면 소포체( smooth endoplasmic reticulum, smooth ER)
- 조면소포체와 달리 표면에 리보솜이 없고, 조면 소포체와 연결되어 있지만 핵으
로부터 좀 더 떨어져 있으며 모양도 다르다.
- 탄수화물, 스테로이드, 지질, 그리고 다른 비단백질 산물을 합성하고, 분비하며,
저장 세포에서 특히 풍부하다.
- 활면소포체에 존재하는 다양한 효소를 이용하여 많은 기능을 수행하는데, 스테
로이드를 포함한 지질의 합성을 예로 들 수 있다.
- 간에 있는 세포에서는 활면소포체에 있는 해독 관련 효소가 우리 몸에서 생성되
는 많은 독성 대사 노폐물들 뿐만 아니라 약물이나 다른 독소를 해독하는 기능을
하기도 한다.
- 혈액에서 면역 단백질을 생산 분비하는 세포와 다량의 소화 효소를 생성해 분비
하는 췌장 세포에도 많은 소포체(조면, 활면 모두)가 존재한다.

 

골지체
 골지체(Golgi appartus)
- 동물세포에서 적혈구를 제외하고는 거의 모든 세포에 존재하며 특히 분비세포에
서 발달되어 있으며, 전자현미경을 통해 식물세포에도 존재함을 확인하였다.
- 골지장치에 있는 효소들이 이러한 생성물을 변형시키고 골치 장치로부터 떨어져
나온 수송소포는 완성된 물질을 다른 세포소기관이나 원형질막으로 분배한다.
- 조면소포체로부터 운반되어온 단백질에 골지체에서 만들어진 다당류가 첨가되
어 당단백질을 형성하거나 지방과 단백질의 복합체를 형성하기도 하고, 식물에서
는 세포벽의 다당류인 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 펙틴 등을 합성한다.
- 원형질막에 붙은 수송소포는 완성된 화학물질을 세포 밖으로 분비한다.
- 소낭의 형성, 수송, 융합 과정은 골지체에 필수적 기능으로, 소낭은 골지체의 내
부와 외부로 단백질을 수송하고 또 궁극적인 목표지점으로 단백질을 보내주는 수
송장치이다.

식물의 세포벽
 세포벽은 원형질막을 둘러싸는 구조물로 탄수화물의 하나인 섬유소(셀룰로스)가
묻혀있는 다당류로 구성되어 있으며, 고세균, 세균, 원생동물 그리고 균류의 세포
벽과 다르다.
 식물의 세포벽 합성단계
1. 세포가 분열 중일 때, 인접 세포들끼리 서로 부착하게 도와주는 아교질과 함께
일차 세포벽이 형성된다.
2. 일차 세포벽 형성 이후 이차 세포벽이 형성되는데, 리그닌이라는 복잡한 분자를
함유하게 되어 세포벽의 큰 내구력과 강도를 갖게 된다.
 세포벽은 원형질막보다 100배나 두꺼워 엄청난 구조적 힘을 가지고, 수십미터까
지 식물이 성장할 수 있다.
 세포벽은 식물의 수분 소실을 줄일 수 있게하며, 곤충 및 다른 동물로부터 보호할
수 있게 한다.

액포
 액포는 막으로 싸인 거대한 세포소기관으로 세포벽, 세포 함유물과 마찬가지로
후형질에 속한다. 후형질은 원형질에서 2차적으로 생긴 물질을 말하며, 세포의 생
명 활동과는 직접적인 연관이 없다.
 액포는 대부분의 식물세포에서 관찰 가능하며 일부 동물세포도 가지고 있는 기관
으로, 액포 속에는 당류, 무기염류, 유기산, 단백질 등의 세포액이 들어 있다.
 식물 세포에서 액포의 역할
1) 양분의 저장; 아미노산, 당 그리고 이온을 포함하는 수백 종의 용해된 물질 저장.
2) 노폐물 처리; 동물세포의 리소좀처럼 노폐물을 저장하고, 소화효소로 분해.
3) 포식자 억제; 일부 식물은 액포에 축적된 독이 있고, 불쾌한 맛이 나는 물질들은
그 식물을 먹으려는 동물에게 강력한 억제효과를 나타낼 수 있다.
4) 유성 생식; 액포는 꽃들이 빨강, 파랑, 보라 또는 다른 색을 띠게 해 유한한 새나
곤충이 꽃가루를 전달하여 생식을 돕도록 하는 색소를 함유할 수 있다.

5) 물리적 지지; 액포 내 용해된 물질의 높은 농도는 삼투작용을 통해 물이 대량 유입
되도록 하여 증가된 액포 내 액체 압력은 세포가 조금 팽창해 세포벽을 밀게 할 수
있다. 이러한 과정은 줄기, 꽃 그리고 식물이 다른 부분들이 똑바로 서있을 수 있게
해주는 압력(팽압)의 원인이 되며, 팽압이 감소하면 식물이 시든다.
 동물세포에서 액포의 역할
- 일부 원생생물 및 체내의 대식세포(macrophage)는 세포내 소화를 위하여 액포의 일
종인 식포(food vacuole)를 이용한다. 또한 원생동물인 아메바나 짚신벌레와 같은 담
수 생물의 체내에는 액포의 일종인 수축포(contractile vacuole)를 두어 체내의 잉여
염류나 배출물을 체외로 배출시켜 삼투압을 조절하는 데 이용한다.
 발아효모세포에서의 액포
- 발아효모세포에서 액포는 아미노산을 저장하고 독성을 분해하는 역할을 한다.

엽록체

 엽록체
- 광합성을 수행하는 녹색식물과 진핵 조류의 세포 소기관이다.
- 녹색 잎에서, 각 세포는 약 40-50개의 엽록체를 가진다.
- 엽록체는 달걀형의 조금 납작한 구조물로 미토콘드리아와 유사하게 세포막이 외
막과 내막의 이중막 구조로 되어 있다.
- 내막 안쪽에는 틸라코이드가 층을 이루면서 쌓여 있는 그라나가 있으며 그 사이의
공간에는 약간의 DNA와 단백질 합성 기구인 리보솜들이 들어있는 스트로마라는
기질이 있다.
- 서로 연결된 수많은 작고 납작한 주머니로 구성된 틸라코이드는 막이 광합성을 하
기위한 빛의 수집이 일어나는 곳으로 태양에너지를 당에 정장된 화학에너지로 전
환시키는 장소이다.

 엽록체의 역할
- 물과 이산화탄소로 엽록체에 있는 그라나와 스트로마에서 태양에너지를 흡수하여
포도당과 같은 유기물이 만들어지며 이것이 식물에 필요한 에너지원이 된다.
 식물의 잎이 녹색으로 보이는 이유
- 엽록체 속의 여러 가지 광합성색소 중에 녹색을 띤 엽록소를 많이 가지고 있어 잎
전체가 녹색으로 보인다.
 단풍이 드는 이유
- 기온이 내려가면서 온도에 민감한 엽록소가 파괴되어 분해되므로 엽록체에 남아
있는 카로틴과 잔토필의 양에 의해 붉은색과 노란색 등의 단풍이 든다. 특히 단풍
나무에서는 광합성에서 만들어진 당이 분해되어 안토시아닌이라는 붉은색의 색소
가 만들어져 붉은 단풍을 볼 수 있다.

 

 

진핵세포 세포소기관의 기능
일반적 기능 : 생성
핵	DNA 합성; RNA 합성; 리보솜 소단위의 집합(인에서)
리보솜	폴리펩티드 (단백질) 합성
조면 소포체	막 단백질, 분비 단백질, 가수분해 효소의 합성; 운반소포의 형성
활면 소포체	지방 합성; 간세포에서 탄수화물 대사; 간세포에서 해독작용; 칼슘 이온의 저장
골지체	변형 일시적 저장, 고분자의 수송; 리소좀과 운반소포의 형성
일반적 기능 : 분해
리소좀	영양분, 박테리아, 손상된 세포소기관의 분해; 태아의 발생기 동안 불필요한 세포의 파괴
액포	리소좀과 같은 분해; 화학물질의 저장; 세포의 확대, 물의 균형
일반적 기능 : 에너지 가공
엽록체	빛에너지를 당과 같은 화학에너지로 전환
미토콘드리아	음식의 화학에너지를ATP로 전환
일반적 기능 : 지지, 움직임, 그리고 세포 사이의 통신
세포뼈대	세포 모양의 유지; 세포소기관의 고정; 세포 내에서 세포소기관의 움직임; 세포의 움직임
세포벽	세포 모양의 유지와 뼈대의 지탱; 표면 보호; 조직에서 세포의 결합
세포외 기질	조직에서 세포결합; 표면보호; 세포활동의 조절
세포 연접	세포 사이간 통신; 조직에서 세포의 결합