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미생물이야기 세포, 생체 기본 단위
2013-08-07 14:11:27
이엠생명과학연구원

세포, 생체 기본 단위



세포는 생체의 기본단위이며 생명의 일꾼이다. 크기가 0.02~0.03mm 정도의 경이로운 미물이 생체의 생명을 좌우한다. 생명체가 살아있다는 사실은 세포들이 어김없이 자신의 기능을 유지하고 있다는 뜻이다.


신체는 세포들이 이루는 공업단지의 연합체 인체는 60조~100조개의 세포가 모여 이룩한 정교한 유기체다. 노동 인구 60조~100조 명이 이룩한 거대한 도시인 셈이다. 사람의 세포를 100개쯤 연결하면 2~3mm 정도의 크기에 이른다. 만일 세포하나가 1cm 정도의 크기라면 사람의 키는 102층 건물 높이에 도달한다. 세포의 크기는 항상 동일하다. 개체의 성장이란 세포의 크기가 커지는 것이 아니라 세포의 수가 불어나는 것이다. 적혈구나 백혈구 같은 혈액 세포는 핏줄을 따라 온 몸을 돌아다니고 머리의 두뇌 세포는 생각하고 느낄 수 있게 해주며 근육 세포는 생체를 움직이게 한다. 인체라는 도시는 기술이 같은 세포끼리 함께 모여 단지를 이룬다. 간세포는 간 단지, 피부 세포는 피부 단지, 허파 세포는 허파단지, 장 세포는 장 단지, 뼈세포는 뼈 단지, 근육세포는 근육 단지, 뇌 세포는 뇌 단지 등 약 200개소의 공단(工團)을 구성하는 것이다. 각 단지의 근로자들이 고령화되면 스스로 번식하여 젊은 인력으로 간단없이 교체된다. 뼈세포는 새로운 뼈세포를, 근육세포는 새로운 근육세포를, 피부세포는 새로운 피부 세포를 계속 만들어 내기 때문이다. 사람의 몸은 이처럼 여러 세포 공단이 함께 어우러져 조성된 유기적 공동체다. 세포와 세포 사이, 단지와 단지 사이에 설치된 첨단 신호 전달 시스템을 통해 정보를 주고받으며 생명의 에너지를 생산하고 외침(外侵)에 공동 대처한다. 세포는 자기들끼리 의사를 전달하는 공용어가 있다. 동일 단지 내 세포 사이 또는 단지와 단지 사이는 화학적 언어를 통해 의사 소통을 하면서 여러 가지 신호를 주고받는다. 단백질이 대부분의 신호를 전달하는 메신저이다. 호중구, 대식세포, 임파구와 같은 방어세포가 무단 침입해온 병균을 중과부적으로 격퇴할 수 없을 때는 즉시 구원 요청 신호를 보낸다. 수백만 개 이상의 백혈구 지원군이 증원군으로 참여하여 함께 외적을 퇴치한다. 흥분하기 쉬운 성질을 가진 신경 세포는 미세한 전기 자극을 통해 몸 속 여기저기에 신호를 보낸다. 신체 내 상황이나 뇌의 상태를 항상 감시하여 뇌 속에 있는 생각하는 신경세포에게 신호를 보낸다. 그 외에도 세포 분열을 하라! 증식을 중단하라! 일을 도와 주라! 등의 메시지를 전달하며 세포 자신이 필요한 물질을 스스로 만들어 자급자족한다. 그 가운데 가장 중요한 제품이 약 10만 종류에 이르는 단백질이다.
세포 내부 시설물 : 세포의 형태와 구조 세포를 계란에 비유하면 노른자는 세포핵, 흰자위는 세포질, 계란 껍질이 세포막이다. 세포의 한 복판에는 핵 껍질(핵막)로 싸여 있는 공 모양의 핵이 차지하고 세포핵을 제외한 부위가 세포질이다. 세포의 생김새나 기능은 세포 단지에 따라 서로 다르다. 기둥처럼 생긴 놈, 원뿔 같이 생긴 놈도 있고 편평한 놈도 있다. 살아있는 세포는 동적 존재다. 세포가 움직이고 세포 내 시설물도 끊임없이 자리를 바꾸어가며 일을 한다. 세포질은 세포의 생존에 필수적인 화학반응이 쉼 없이 일어나는 곳이다. 세포질 내에는 크고 작은 분자들이 밀집되어 있기 때문에 세포질은 액상의 젤리에 가깝다. 걸쭉한 죽 같은 액체에 세포 내부 시설물(세포기관 : Organelle)이 떠다닌다. 세포질에는 가느다란 단백질 실(섬유사)들이 망사처럼 얽혀 세포의 모양을 유지해주는 뼈대 역할을 한다. 이 섬유실은 세포의 움직임과 세포기관의 이동을 가능하게 해주고 세포가 둘로 나누어지는 질 때 복제된 염색체를 딸세포에게 똑 같이 나누어주는 기능을 한다. 세포질을 둘러싸는 세포막은 여러 종류의 단백질이 섞인 기름막이며 단백질 종류에 따라 여러 가지 일을 한다. 문지기 단백질, 신호를 주고받는 신호 단백질, 같은 종류의 세포를 묶어주는 풀 단백질 등이 있다. 혈액 속의 지방, 당분, 아미노산 등은 세포 내로 들어갈 수 있다. 그것으로 에너지를 만들거나 단백질과 그 밖의 다른 분자를 만든다. 혈액 속에는 찌꺼기도 있다. 그래서 받아들일 것과 받아들이지 않을 것들이 있는데 문지기 단백질은 구멍이 뚫려있어 그 구멍에 맞는 것만 받아들인다. 신호를 받아들이는 단백질을 수용체라고 하는데, 수용체 단백질은 물에 뜬 부표처럼 세포막 위를 돌아다니지만 문지기 단백질처럼 끌어당기진 않는다. 수용체는 특별한 신호 분자의 생김새를 기억하고 있다. 이 신호 분자를 호르몬이라고 하는데, 수용체가 호르몬을 만나면 호르몬의 신호대로 세포가 반응한다. 세포막에는 접착제 구실을 하는 단백질이 있고, 이 단백질이 이웃 세포막에 있는 닮은 꼴 단백질과 철썩 달라붙어, 같은 종류의 세포끼리 서로 붙여주는 풀 역할을 한다. 이처럼 세포막은 세포를 보호해주는 것은 물로 이웃한 세포와 달라붙어 서로 신호를 주고받으며 세포의 생존에 필요한 물질을 취사선택한다. 세포질 내부를 부유 하는 세포 기관에는 영양분을 태워 생체 에너지용 건전지를 만들어 내는 미토콘드리아(Mitochondria), 단백질 제조 공장 리보솜(Ribosome), 묵은 단백질 쓰레기 처리장 리소솜(Lysome), 세포가 분열할 때 세포 골격을 만들어 주는 중심체, 자신의 벽에 부착된 리보솜에서 만들어진 단백질을 골지체에 전달하는 소포체(Endoplasmic reticulum), 새로 만들어진 단백질을 저장하여 필요한 곳으로 이동시키는 골지체(Golgi apparatus)등 주요 세포기관이다. 소포체는 핵막과 연결된 불규칙한 미로 구조물이며 골지체에 저장된 단백질은 작은 알갱이로 바뀌어 골지체 양쪽에서 형성된 방울막, 소낭(Vesicle)에 싸여 세포 밖으로 나간다. 소낭에는 작은 발 역할을 하는 단백질이 달려있다. 세포 안팎과 소포체, 골지체, 리소솜 등 세포 기관 사이에는 여러 종류의 물질들이 끊임없이 교환된다. 세포 기관 사이의 일어나는 물질 상호 교환은 한 세포 기관에서 떨어져 나온 막이 다른 세포 기관의 막과 융합되는 소낭에 의해 매개되며 세포 내외 간 물질 상호 교환은 유입된 세포 외 물질을 함유하는 세포막 일부가 안으로 함입(陷入)되어 떨어져 나와 소낭을 형성함으로써 세포 안으로 이동한다. 세포 내부로 들어 온 소낭은 리소솜과 융합되어 유입된 외부 물질을 분해한다. 세포 외 배출은 세포 내부에서 합성된 소낭이 세포막과 융합되어 세포 밖으로 내용물을 배출한다.
생체의 에너지원, 세포 속의 건전지 세포들은 많은 일을 하기 때문에 에너지가 필요한데 , 에너지를 만들 수 있는 연료를 운반해 주는 것이 피다. 음식을 섭취하면 위장관에서 음식을 잘게 부수어 피를 통해 세포에게 전달한다. 세포는 자신에게 필요한 영양분을 받아들여 세포 물질과 에너지를 만든다. 세포 발전소는 미토콘드리아다. 미토콘드리아는 영양분을 태워 세포가 일을 하는데 필요한 에너지를 만든다. 미토콘드리아 내에서는 실제 산소로 연료를 태워 불을 피운다. 하지만 이 불은 뜨겁지 않다. 우리 몸을 따뜻하게 할 정도다. 만들어진 에너지는 건전지에 축전 시켜 저장한다. 세포 속의 건전지 분자는 ATP다. ATP 건전지는 세포 구석구석을 돌아다니다 에너지가 필요한 곳에 대기하던 단백질이 인산 알갱이 하나를 떼어내면 ATP 건전지에 축전 된 에너지가 발산된다. 생체는 이 에너지를 사용하여 여러 물질을 운반하고 몸을 따뜻하게 한다. 세포 분열을 하거나 세포가 움직일 때 쓰이기도 한다. 근육세포는 수천 개의 ATP 건전지로부터 에너지를 공급받아 커다란 힘을 발휘한다. ATP 건전지는 에너지가 필요한 곳에 에너지를 주고 나면 ADP 건전지로 방전된다. 미토콘드리아는 방전된 ADP 건전지를 다시 충전시켜 ATP 건전지를 양산한다.




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