세포의 구조와 기능 수업목표 세포의 구조와 기능 수업목표

세포의 구조와 기능

수업목표

1. 세포설을 요약 설명한다.

2. 형질막의 기능을 기술하고, 어떤 구조들이 이 기능을 수행 하는지를 설명한다.

3. 세포의 확산, 삼투, 여과 과정을 기술하고 그 생리학적 역할 을 설명한다.

4. 운반체매개운반과 소포운반 기전을 기술하고, 이 운반기전 들이 세포속에서 하는 일을 설명한다.

5. 전형적인 세포의 소기관에 관해 기술하고 각 소기관의 기능 을 열거한다.

6. 세포의 핵 기능을 설명한다.

7. 세포주기의 단계인 유사분열과 사이기와 세포질 분열에 관 해 기술하고, 그 중요성을 설명한다.

8. 세포분열과 암 사이의 관계를 논한다.

9. 분화를 정의하고 그 중요성을 설명한다.

어휘공부

• Aero – 공기 – areobic(유산소)

• Ana – 따로따로 – anaphase(후기)

• Chondrion – 과립 - mitochondria

• Chroma – 색깔 – chromosome(염색체)

• Cyto – 세포 – cytoplasm(세포질)

• Endo – 속 – endocytosis(세포내섭취)

• Exo – 밖 – exocytosis(세포외배출)

• Hemo – 혈액 – hemolysis(용혈)

• Hyper – 위 – hypertonic(고장성)

• Hypo – 아래 – hypotonic(저장성)

• Inter – 사이 – interphase(사이기)

• Interstitium – 사이에 존재하는 것 – fluid(사이질액)

• Iso – 동일한 – isotonic(등장성)

• Kinesis – 운동 – cytokinesis(세포질 분열)

• Meta – 뒤 – metaphase(중기)

• Micro – 작은 – microtubule(미세관)

• Mitos – 실 – mitosis(유사분열)

• Osmos – 밀기 – osmosis(삼투)

• Phagein – 먹다 – phagocyte(포식세포)

• Pinein – 마시다 – pinocytosis(포음작용)

• Podon – 발 – pseudopod(거짓발)

• Pro – 앞 – prophase(전기)

• Pseudo – 거짓 - pseudopod(거짓발)

• Ptosis – 떨어져나감 – apoptosis(세포자 멸사)

• Reticulum – 그물 – endoplasmic recticulum(근형질세망)

• Soma – 몸 – lysosome(용해소체)

• Telos – 끝 – telophase(말기)

• Tonos – 긴장 – isotonic(등장성)

세포설(Cell theory)

1. 세포는 모든 식물과 동물을 구성하는 기본 단위이다.

2. 세포는 생명 기능을 수행하는 최소단위이다.

3. 세포는 기존의 세포가 분열함으로써 만들어 진다.

4. 세포는 항상성을 유지한다.

세포의 일반구조

세포의 일반구조

• 세포외액(extracellular fluid)

• Interstitial fluid(간질액으로도 불린다)

• Cell membrane(형질막, 세포막)

• 세포질(cytoplasm)을 세포외액으로부터 격리

• 세포질

• 핵을 둘러싸고 있다

• Cytosol(세포액)과 세포소기관(organelle)로 나뉜다

형질막(세포막)의 기능

1. 공간격리

• 세포외액으로부터 격리

• 항상성 유지

2. 주위와의 물질 교환 통제

• 이온과 영양소가 세포 속으로 들어오고 노폐물을 세포 밖으로 제거, 분비물이 방출되는 과정 통제

3. 주위환경에 대한 감수성

• 세포외액으로부터 인해 영향을 받는 첫 세포성분

• 다양한 수용체(receptor)포함

4. 구조지지

• 안정된 조직구조를 이룸

– 매우 얇고 섬세한 구조 – 6~10nm

– 지질, 단백질, 탄수화물이 포함

막지질(membrane lipids)

• 글리세롤 한 분자에 지방산 두 분자가 결 합된 형태

• 글리세롤은 머리, 지방산은 꼬리

• 머리부분은 친수성(hydrophilic) – 바깥

• 꼬리부분은 소수성(hydrophobic) – 속

– 그래서 세포막을 ‘인지질 양층’이라고 부 른다.

막지질(membrane lipids)

• 소수성 – 꼬리부분

• 물이나 전하를 지닌 물질과 섞이지 않는 특성

• 따라서 산소나 이산화탄소 등과 지용성 분자는 형 질막의 지질 성분을 통과할 수 있지만 이온이나 수용성 화합물은 통과하지 못한다.

막단백질(membrane proteins)

• 막횡단 단백질(transmembrane protein)

• 가장 대표적인 단백질

• 수용체 단백질(receptor protein)

• 통로 단백질(channel protein)

• 운반체 단백질(carrier protein)

• 효소(enzyme)

• 고정 단백질(anchor protein)

• 인지 단백질(identifier protein)

막탄수화물(membrane carbohydrate)

• 세포막의 바깥면에서 단백질이나 지질에 합쳐져 복합물질 형성

• 이 복합물질 _ 당단백질, 당지질이라 칭함

• 세포의 윤활물질 또는 접착물질로 작용

• 세포 밖에 존재하는 물질과 결합하는 수용체로 작 용

• 자신의 세포와 조직을 면역계통이 공격하지 못하 도록 막는 인식장치의 일부를 이룸

확산(diffusion)과 여과(filtration)

• 막 통과를 촉진하는 수동운반과정

• 세포막은 선택 투과성을 갖는다

• 물질의 크기, 전하, 분자형태, 지용성 등의 요인에 따라서

• 수동과정과 능동과정

• 수동과정

– 에너지를 전혀 소모하지 않고도 이온이나 분자들이 세포막을 통과 하는 과정

– 확산과 여과, 확산의 특수형태인 삼투가 존재

– 매게 운반은 능동과정(능동운반)과 수동과정(촉진확산) 모두 존재

• 능동과정

– 세포가 에너지를 소모, ATP사용

– 소포운반을 통한 세포내섭취와 세포외반출

수동과정(passive process)

• 확산

• 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 형태

• 농도경사 _ 확산 후 농도경사는 사라짐

• 확산^_con

• 세포 내 이산화탄소 농도 vs 세포 외, 혈 액

세포막을 통한 확산

• 이온, 분자(두 가지 방법으로 막을 통과)

1. 형질막 중 지질 부분을 통과 2. 통로 단백질을 통과

– 형질막을 통해 확산 될 수 있는 결정요인

1. 지용성

2. 형질말 통로에 대한 상대적 크기

특수한 유형의 확산(삼투)

• 정의: 막을 통한 물의 확산

• 물 분자의 농도가 같아질 때까지 더 높은 용액을 향해 막을 통과하는 경향을 보임

• 특성

1. 삼투는 막을 통한 물 분자의 확산이다.

2. 선택투과성을 지닌다. 물은 자유로이 통과, 용질 은 자유로이 통과할 수 없는 막을 통해 일어남 3. 용질의 농도가 높은 용액을 향해 막을 통과하여

이동(물 분자의 농도가 낮은 곳으로 이동)

삼투와 삼투압

• 삼투압(osmotic pressure)

• 용질의 농도 차이에 의해 물이 그 용액으로 이동 하는 힘

• 용질의 농도가 높아지면 삼투압도 높아짐

• 정수압(hydrostatic pressure)

• 삼투압의 반대 개념

• 삼투압의 반대 방향으로 미는 힘을 가하면 물 분 자의 이동을 막는다

• 용질의 농도에 따라

– 등장성, 저장성, 고장성 용액으로 분류

1. 등장액(isotonic solution) 2. 저장액(hypotonic solution) 3. 고장액(hypertonic solution)

적혈구의 예를 들어

1. 등장액(isotonic solution)

• 적혈구가 정상 형태를 유지

• 용질이 평형상태이기 때문에 물 분자의 이동이 발 생하지 않는다

2. 저장액(hypotonic solution)

• 적혈구가 풍선처럼 부풀어 오름

• 세포가 터지는 용해가 발생

3. 고장액(hypertonic solution)

• 적혈구가 쭈그러들어 탈수된다

• 무딘콥날꼴(crenation)

• Ex)

• 심한 출혈이나 탈수환자

– 다량의 수액보충

– 0.9%(0.9g/dl)의 NaCl 용액 – 생리식염수 – 전체 용직의 농도와 거의 유사

– 나트륨과 염소가 대표적인 세포외액의 성분이기 때문

여과(filtration)

• 정수압에 의해 물 분자가 막을 통과하는 과정

• 인체에서는 심장의 혈액 방출 – 혈압

• 가느다란 혈관벽에서 발생

• 혈액에 녹아 있던 영양소와 물이 인체 조직 속으 로 밀려들어감

운반체매개운반과 소포운반

• 운반체매개운반(carrier-mediated transport)

• 막 단백질이 특정 이온이나 유기물질과 결합하여 세포 막을 통과하는 방식

• 이 단백질은 효소와 유사한 특징

• 반복 사용가능, 특정 기질에만 결합

• Ex) 포도당을 운반하는 단백질은 다른 단당류는 운반 하지 않는다.

• 수동적 능동적 두 가지 방법을 다 취한다.

• 수동적 운반은 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동

• 능동적 운반은 높은 곳에서 낮은 곳으로 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동 가능

• 운반체매개운반(carrier-mediated transport)

• 동향수송(cotransport)

– 운반체가 두 물질을 같은 방향(세포 밖 또는 세포 내)으 로 운반하는 방식

• 역방향운반(countertransport)

– 한 물질은 세포 내, 다른 물질은 세포 밖으로 운반하는 방식

– 운반체 매개운반의 대표적인 두 가지

• 촉진확산, 능동운반

촉진확산(facilitated diffusion)

• 포도당과 아미노산의 운반

• ATP를 사용하지 않아 분자의 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동

• 속도가 느리다

• 운반체 단백질의 수가 한정되어 있기 때문

능동운반(active transport)

• ATP를 사용

• 장점

• 농도 경사를 따르지 않아도 됨

• 모든 세포는 이온펌프(ion pump)라는 운 반체 단백질 존재

• 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 양이온을 농동 운반하여 세포막을 통과

• 다른 세포는 요오드, 염소, 철 등 운반

소포운반(vesicular transport)

• 막으로 둘러싸인 소포(vesicle)에 물질이 들어있는 상태에서 세포 내에서 밖으로 운반하는 것

• 두 종류 존재

1. 세포내섭취 2. 세포외배출

세포내 섭취(endocytosis)

• 세포 외 물질을 세포 표면에 형성된 작은 소포로 포장하여 세포 내로 운반하는 과 정

1. 수용체매개세포내섭취(receptor- mediated endocytosis)

2. 포음작용(pinocytosis) 3. 포식작용(phagocytosis)

수용체매개세포내섭취

(receptor-mediated endocytosis)

Ex) 콜레스테롤, 철 이온

포음작용(pinocytosis)

• ‘세포를 마신다’는 의미

• 세포외액이 들어 있는 작은 소포들이 형 성되는 과정

• 수용체 단백질이 관여하지 않기 때문에 수용체매개세포내섭취만큼 선책성이 높지 는 않다.

포식작용(phagocytosis)

• ‘세포를 먹는다’는 의미

• 소포는 세포직의 연장된 구조인 위족

(pseudopodia)가 물체를 둘러싼 후 위족 의 세포막이 융합되어 형성

• 여러 개의 용해소체(lysosome)과 합쳐지 고 내용물은 용해소체의 효소가 분해

• 세균, 세포의 잔해물, 기타 비정상적인 물 질들을 삼켜 조직을 보호하는 기능

세포외 배출(exocytosis)

• 세포내 섭취의 반대과정

• 세포내의 소포가 세포막과 결합하여 그 내용물을 세포 밖으로 배출

• 호르몬, 점액, 손상된 소기관을 재생하는 과정에 생긴 노폐물

세포막을 통한 운반기전

세포질 속 소기관

• 세포액(cytosol)

• 세포내액

• 영양소와 이온, 수용성단백질, 불용성단백질, 노폐물 등을 함유

– 세포외액과 내액의 차이점

1. 내액

» 고농도의 칼륨, 저농도의 나트륨

» 고농도의 단백질(효소)

» 소량의 탄수화물, 다량의 아미노산 및 지질

» 불용성물질함유(글리코겐, 지방세포 속의 지방방울) 2. 외액

» 고농도의 나트륨, 저농도의 칼륨

소기관(organelles)

• 핵(nucleus)

• 사립체(mitochondria)

• 세포그물(endoplasmic recticulum)

• 골지복합체(golgi apparatus)

• 용해소체(lysosome)

• 과산화소체(peroxisome) 등이 존재

– 막에 의해서 보호

소기관(organelles)

• 세포뼈대(cytoskeleton)

• 미세융모(microvilli)

• 중심소체(centriole)

• 섬모(cilia)

• 편모(flagella)

• 리보솜(ribosome)

• 단백질분해소체(proteasome)

비막소기관

세포뼈대

(cytoskeleton)

잔섬유와 세관

미세잔섬유, 중간잔섬유, 미세관 굵은 잔섬유는 근육세포에만 존재

미세융모

• 세포막의 표면적 증가

• 세포 밖에 있는 물질을 활발히 흡수

• 소화관, 콩팥의 세포

중심소체, 섬모, 편모

• 중심소체

• 세포분열을 하는 모든 동물의 세포 속 한 쌍씩 존 재

• 서로 직각을 이룸

• 세포분열 시 염색체를 운반하는 방추사를 생산

• 적혈구, 골격근세포, 심장근세포, 신경세포에는 중 심소체가 없어 세포분열을 할 수 없음.

• 섬모

• 능동운동을 통해 세포의 표면에서 액체와 분비물 을 운반

• 호흡통로의 섬모(감기, 가래 – 기침과 호흡기 감염)

• 편모

• ‘채찍’이란 의미

• 섬모보다 길다

• 액체 속에서 세포 이동

• 정자(인체에서 유일하게 편모가 존재)

리보솜

• 핵이 있는 DNA가 제공한 정보를 이용하여 단백질을 생산하는 기관

• 자유리보솜

• 세포질에 골고루 분포

• 생산된 단백질을 세포액으로 들어감

• 고정리보솜

• 세포질 그물에 부착

– 고정리보솜에서 생산된 단백질은 세포질그물 속 으로 들어가 수정된 후 밖으로 배출

단백질 분해소체

• 세포질 속 단백질 제거

• 단백질 분해효소 함유

• 손상되거나 변성된 단백질 제거 또는 재

활용, 바이러스에 감염된 세포에서 생산된 비정상 단백질을 분해

소포질 그물

• 핵막과 연결된 구조

• 기능

1. 합성

» 단백질, 탄수화물, 지질을 생산

2. 저장

» 합성한 물질이나 세포액에서 흡수한 물질을 세포의 작용에 영향을 주지 않으면서 저장

3. 운반

» 물질을 세포질그물 내에서 운반할 수 있다

4. 해독

» 약물이나 독소를 흡수한 후 자체 효소들을 이용하여 중화시킬 수 있다

• 무과립세포질그물(smooth ER)

• 리보솜이 붙어 있지 않음

• 지질과 탄수화물 생산

• 모든 세포의 세포막, ER, 핵막, 골지복합체의 유지 와 성장에 필요한 인지질과 콜레스테롤 합성

• 스테로이드 호르몬 합성

» 테스토스테론, 에스트로겐

• 간세포와 지방세포에서의 글리세라이드 합성, 저 장

• 골격근세포와 간세포에서의 글리코겐 합성 및 저 장

• 과립세포질그물(rough ER)

• 리보솜이 붙어 있음

• 공장과 선착장을 겸하고 있는 형국

• 고정리보솜에서 합성된 단백질을 RER 속으로 이동

• 일부는 남아 효소로 작용

• 나머지는 세포외로 나간다

– ER의 총량

– 이자_RER이 많다

– 생식기관 _SER이 많다 – Why?

골지 복합체

용해소체

• 분해효소로 가득찬 소포, 골지복합체에서 생 성

• 세포 내 청소 및 재활용 기능담당

• ‘자살폭탄’이라고 불림_질병 방어작용

• 면역계통 세포들은 세균, 액체, 조직파편을 세포내섭취 하여 삼킨 후 소포 속에 고립 후 용해소체와 합쳐 분해 효소를 이용당이나 아미노산처럼 재활용 가능한 물질 방출

• Ex) 근육세포

» 근육세포가 활동을 멈추면 근육세포의 수축단백질을 서서히 분해

» 근육세포가 활동하면 과정은 중단

과산화소체

• 기존의 과산화소체가 성장 또는 분할해서 새로이 만듬.

• 지방산과 기타 유기화합물을 흡수한 후 분해

• 이 과정에서 과산화수소가 생성

사립체

핵

• 핵막

• 이중구조

• 핵질과 세포질 사이를 차단

• 핵질

• 이온, 효소, RNA와 DNA의 nucleotide, 단백질, 소 량의 RNA, DNA 함유

• 핵공

• 이온과 분자는 통과, 단백질과 RNA는 통제 할 수 있다.

• 핵소체

• Ribosomal RNA(리보솜 RNA)합성

• 리보솜의 소단위를 조립하는 작은 소기관

• DNA

• 염색체를 포함

• 23쌍