세포 내 소기관의 종류와 기능- 목 차 -1. 세포소기관이란?2. 세포소기관의 종류와 기능2-1. 생명 활동의 중심 : 핵2-2. 물질의 합성과 분비 : 리보솜, 소포체, 골지체2-3. 물질의 분해와 저장 : 리소좀, 액포2-4. 세포의 지지와 운동 : 세포벽, 세포 골격, 중심체와 중심립, 편모와 섬모2-5. 살아있는 세포의 중요한 특징 : 세포막, 미토콘드리아, 엽록체3. 세포소기관의 의의1. 세포소기관이란?세포는 거의 모든 생물체의 기본 구조 및 활동이 되는 기능적, 구조적 기본 단위이다. 세포는 핵막이나 세포 막성 소기관의 유무에 따라 원핵세포와 진핵세포로 구분되는데, 핵막이나 세포 막성 소기관이 있는 것이 진핵세포이다. 이 진핵세포 내에서 사람의 몸속의 위나 장 등 여러 가지 기관처럼 세포의 여러 기능을 나누어 맡아 하고 있는 단위 구조를 세포소기관이라고 한다. 여러 가지 기준에 따라 세포소기관을 나눌 수 있지만, 앞으로 전개할 내용에서는 생명 활동의 중심이 되는 소기관, 물질의 합성과 분비가 일어나는 소기관, 물질의 분해와 저장이 일어나는 소기관, 세포 지지와 운동에 관여하는 소기관, 살아있는 세포의 중요한 특징을 보여주는 소기관으로 나누어 약 15개의 세포소기관들의 기능을 알아볼 것이다.2. 세포소기관의 종류와 기능2-1. 생명 활동의 중심 : 핵1) 핵평균 지름이 5μm 정도로 소기관 중 가장 눈에 잘 띄는 핵은 세포 생명 활동의 중심으로서 각각 인지질 2중층 구조인 내막과 외막으로 구성된 핵막으로 둘러싸여 있다. 핵막에는 지름이 약 100nm 정도 되는 구멍들이 뚫려 있는데, 이것을 핵공이라 하고 핵공을 통해서 여러 물질이 핵과 세포질 사이를 오고 간다. 핵 내부에는 염색사와 인이 존재한다. 염색사의 성분은 뉴클레오솜으로 DNA와 히스톤 단백질의 복합체이고, 인은 막이 없는 구조로 RNA와 단백질이 밀집되어있는 형태이다. 핵은 세포의 성장과 분열에 필요한 유전정보를 지니는 DNA를 가지고 있고, 이것을 통해 선택된 유전자의 유전정보를 발현하는 역에서 단백질을 만드는데, 어떤 리보솜은 세포질에서 떠돌아다니는 반면, 다른 리보솜은 소포체나 핵 막의 바깥쪽에 붙어 있다. 두 종류의 리보솜은 구조적으로 동일하며, 각자 바꾸어 다른 역할을 수행할 수 있다. 세포질에 떠 있는 리보솜은 세포 내에서 사용되는 단백질을 합성하고, 소포체에 부착된 리보솜에서는 세포 밖으로 분비되는 단백질을 합성한다.단백질 합성 과정을 간단히 살펴보면, 먼저 핵 속의 암호화되고 상보적으로 결합된 DNA의 이중가닥 중 한 가닥이 풀려나오게 되고 염기서열 유전암호에 따라 전사과정을 거쳐 mRNA가 생성된 후, mRNA가 핵공을 통해 핵 밖으로 빠져나와 리보솜으로 이동하게 된다. 이 때 tRNA는 mRNA의 코돈에 맞는 아미노산을 가져오는 번역과정을 거치게 되고 이 번역과정을 통해 아미노산의 합성이 발생한다. 여기서 펩타이드 결합에 의해 합성된 아미노산이 바로 단백질이 되는 것이다.(그림 2) 리보솜의 구조2) 소포체소포체는 긴 관이나 주머니 모양이며 단일막 구조의 세포 소기관이고, 막으로 된 관의 네트워크와 시스테나(cisternae)라고 불리는 낭들로 이루어져있다. 소포체의 막은 내강 또는 시스테나 공간이라고 불리는 소포체의 안쪽부분을 세포질로부터 분리하고, 소포체 막은 핵막과 연속적으로 연결되어 있기 때문에 핵막의 두 막 사이의 공간이 소포체의 내강과 연결되어 있다. 소포체는 구조와 기능이 다른 두 종류 즉, 활면소포체와 조면소포체로 나누어진다.활면 소포체조면 소포체구조표면에 리보솜이 붙어 있지 않아 매끄러운 형태이다표면에 리보솜이 붙어 있는 형태이다.분포소장의 상피 세포, 부신 겉질 세포, 간세포 등에 많이 분포되어 있다.분비 기능이 활발한 이자 세포 등에 많이 분포되어 있다.기능지질 합성, 탄수화물에 대사, 약과 독소의 해독작용, 칼슘이온의 저장분비 단백질 생성 및 운반, 세포에 필요한 막 생성(그림 3) 소포체의 구조3) 골지체골지체는 납작한 주머니 모양의 시스터나가 포개져 있으며 막으로 둘러싸인 작은 골지 소낭들로 구성된다. 주머니 모양으로 골지체에서 유래된 것이다. 리소좀은 다양한 가수분해효소(핵산·단백질·다당류와 같은 거대분자를 분해할 수 있는 생물학적 촉매)가 있어 세포 안으로 들어오는 세균과 같은 이물질이나 먹이를 분해하는 세포 내 소화가 발생한다. 이를 식포가 리소좀과 만나서 이루어지는 식세포 작용이라고도 한다. 또한 손상되거나 노후한 세포소기관을 분해하고, 손상된 세포 내에서 리소좀이 터져 세포 자체가 분해되기도 한다. 분해된 세포는 건강한 새 세포로 대체되고, 소화 과정에서 나오는 작은 분자들은 다른세포에 이용된다. 리소좀 분해 작용으로 설명되는 여러 예시가 있는데, 백혈구가 식균 작용으로 세균을 제거하는 것과 올챙이가 자라며 꼬리가 분해되는 것 등을 볼 수 있다.(그림 5) 리소좀의 구조2) 액포액포는 인지질 2중층의 단일막에 싸여있는 주머니모양의 세포소기관으로서 주로 식물세포나 원생생물의 세포에서 관찰된다. 액포의 주된 기능은 물을 흡수하여 식물세포의 생장을 돕고 세포 내의 수분 함량을 조절하며 삼투압 조절에 관여하는 것이다. 또한 생명 활동에 필요한 영양소와 생명 활동이 끝나고 생긴 노폐물을 저장한다. 액포들은 동물들에게 독이 되거나 맛이 없는 화합물을 가짐으로써 포식자에 대항하여 식물들을 보호하기도 하고, 꽃잎의 빨간색과 파란색 같이 세포에 색을 나타내는 색소를 지녀 꽃을 수분시켜 주는 곤충들을 끌어들이는 것을 돕기도 한다. 그리고 성숙한 식물세포일수록 액포의 크기가 큰 모습을 보이는데, 이것을 중심 액포라고 한다. 중심 액포는 소포체나 골지체에서 만들어진 더 작은 액포들이 합쳐져 발달하게 된다. 중심액포에 있는 용액을 세포 수액이라고 하며, 칼슘과 염소이온을 포함한 무기이온의 중심 저장소 역할을 한다. 액포가 물을 흡수하면 식물세포가 커짐으로써 새로운 세포질에서 최소한의 투자로 세포가 커지는 것을 가능하게 하는데, 이것을 통해 중심액포는 식물의 성장에도 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있다.(그림 6) 액포와 중심액포2-4. 세포의 지지와 운동 : 세포벽, 그물처럼 얽혀있어 세포를 지지하고, 모양을 유지하며 세포소기관의 위치를 고정시켜주고, 이동에 관여하는 기관이다. 미세소관은 속이 빈 막대 모양의 관모양으로 중심체로부터 나와 세포 내 골격을 형성하고 섬모와 편모를 구성한다. 중간섬유는 세포의 모양을 유지하고 세포소기관을 고정시키는 역할을 하는데, 이러한 역할은 세포벽이 없는 동물 세포에서 더욱 중요하게 작용한다. 미세섬유는 세포 골격을 이루는 가장 가는 섬유사로서 액틴 단백질로 구성된 필라멘트 두 개가 서로 꼬여있는 모양을 띤다. 미세섬유는 세포의 모양을 유지하고 세포의 이동, 근수축 등에 관여한다.(그림 8) 세포 골격의 구조3) 중심체와 중심립동물세포의 중심체에는 한 쌍의 중심립(centriole)이 있는데, 각 중심립은 3개의 미세소관이 한 단위가 되어 9세트가 둥글게 배열한 구조로 되어 있다. 중심체는 핵 근처에 2개의 중심립이 직각 상태로 배열되어 있는 (9+0)의 구조를 가진다. 동물세포에서 미세소관은 "미세소관합성기관"으로 간주되는 핵 근처에 위치한 중심체(centrosome)로부터 뻗어 나오고, 이 미세소관은 세포골격의 압축에 대항하는 지지대로서의 기능을 가진다. 또한 세포가 분열하기 전 중심립이 복제되며 이곳에서 방추사를 이루는 미세 소관이 합성된다. 즉 중심립과 중심체는 세포분열과 방추사 형성에 관여하는 기능을 가지고 있다.(그림 9) 중심체와 중심립4) 섬모와 편모섬모는 대부분의 동물 조직세포에 다수로 존재하는 짧고 속눈썹같이 가는 필라멘트 형태의 구조물이다. 섬모들은 종단 방향으로 융합해 막을 형성하거나 짧게 횡단으로 융합해 소막을 이루고, 여러 개가 모여 술을 형성하기도 한다. 섬모들이 하는 역할은 포유류의 난세포를 난관으로 이동시키고, 조개류에서는 아가미를 지나 음식물과 산소를 운반하도록 물의 흐름을 일으키며, 달팽이류의 소화계에서는 음식물을 이동시킨다. 또한 동물의 뇌척수액을 순환시키며, 포유동물의 호흡계에서는 축적물을 제거하는 역할을 한다. 편모는 가늘고 긴 구조를 가진 원시적인 이탄수화물과 콜레스테롤 등의 물질도 포함되어있다.인지질과 단백질 모두 유동성이 있어 출렁이는 구조를 가지며 이것을 유동 모자이크 구조라고 한다. 특히 세포막에서는 막단백질이라는 성분이 중요한데, 막단백질은 수분이 세포막을 통과할 수 있도록 해주고 신경활동에 필요한 나트륨, 이온등의 물질이동을 가능하게 해주며, 호르몬의 신호전달과 생식세포의 수정 등에 긴밀하게 관여하기 때문이다.(그림 12) 세포막의 구조2) 미토콘드리아미토콘드리아는 거의 모든 진핵 세포에 존재하며 근육 세포와 같이 활동이 활발한 세포일수록 많이 포함되어있다. 인지질 2중층의 외막과 내막으로 싸여있으며, 안쪽으로 주름이 진 내막구조를 크리스타(cristae) 라고 부른다. 내막은 미토콘드리아의 내부를 두 부분으로 나누는데, 하나는 외막과 내막 사이의 좁은 공간이고, 다른 하나는 내막으로 둘러싸인 미토콘드리아 기질(mitochondrial matrix)이다. 이 기질에는 다양한 효소들과 함께 미토콘드리아 DNA와 RNA, 리보솜이 있어 스스로 단백질을 합성하고, 자가증식이 가능하다는 사실을 알 수 있고 이것은 엽록체의 경우와 같이 '세포 내 공생설'을 뒷받침하는 근거 될 수 있다. 또한, ATP를 만드는 효소로서 세포 호흡 과정에 작용하는 단백질들은 내막 속에 끼어있는데 크리스타는 매우 주름져 있기 때문에 이러한 단백질들이 작용할 넓은 표면적을 제공할 수 있어 세포 호흡에 의한 에너지 생산성을 높여준다. 이렇듯 미토콘드리아의 주 기능은 산소를 이용하여 영양소를 분해함으로써 ATP를 만드는 세포 호흡이다. 세포 호흡에 관여하는 효소의 작용을 통해 유기물 속의 화학 에너지를 ATP의 화학 에너지로 전환하여 생명 활동에 필요한 에너지를 공급하는 것이다.(그림 13) 미토콘드리아의 구조3) 엽록체핵과 마찬가지로 인지질 2중막의 내막, 외막으로 둘러쌓인 엽록체는 틸라코이드(thylakoid)가 층층이 쌓여서 그라나(grana)를 이루는 구조를 가지고 있다. 틸라코이드 막에는 전자 전달효소, ATP 합성효소,이다.
