[농업]물질의 합성 및 분비와 관련된 내막계에 속한 세포내 소기관의 종류와 역할

 

Ⅰ. 서론
세포는 생명체의 구조적, 기능적 기본단위이다. 1665년 훅(Hooke, R.)이 자신이 만든 현미경으로 처음 발견한 세포는 떡갈나무의 코르크조직이었다. 그는 현미경으로 본 세포가 수도원의 수도사들이 있는 작은 방을 생각해서 Cell이라고 불렀다.
이후 1831년 브라운(Brown, R.)이 식물세포에서 핵을 발견하고, 1839년 푸르키녜(Purkinje, J.)가 살아있는 세포의 내용물을 원형질(세포질)이라고 부르며, 1839년 슐라이덴(Schuleiden, M. J.)과 슈반(Schwann, T)이 각각 식물세포와 동물세포를 관찰하고 ‘모든 생명체는 세포로 구성되어 있다’는 세포설을 발표한 후 1858년 피르호(Virchow, R)가 ‘모든 세포는 이미 존재하는 세포로부터 유래한다.’는 내용을 보완함으로써 세포설이 확립되었다.
이렇게 우리는 생명체는 세포로 존재하고, 모든 세포는 세포로부터 생긴다는 세포설의 중요성을 알게 됐다. 이런 세포를 관찰하기 위한 광학현미경과 전자현미경이 나와서 세포의 기능과 구조가 더 밝혀지게 됐다.
세포의 크기와 모양은 다양하다. 평소에 세포인 줄 모르고 자주 보는 것으로는 ‘계란’이 있다. 현재 알려진 가장 작은 세포는 마이코플라스마(지름이 0.1~1.0㎛)이고, 가장 큰 세포는 타조알로 7.5㎝정도 된다. 식물세포와 동물세포는 세포질의 양이 거의 같은데, 식물세포가 동물세포보다 조금 큰 것은 물로 가득 찬 액포를 가지고 있어서이다. 세포의 크기와 모양은 다양하지만 그 기능과 관련이 있다. 생존에 필요한 분자와 구조를 가질 만큼 커야 하고 영양물질을 섭취하고 부산물을 내보낼 수 있는 표면적에 의해 그 크기와 모양이 달라진다.
세포는 3가지 기본 유형을 가진다. 1977년 아카에아를 발견한 이후 생물학자들이 생물을 원핵세포로 된 원핵생물, 진핵세포를 가진 진핵생물, 두 그룹과는 다른 원핵생물이나 진핵생물의 특징을 함께 가진 아카에아 3가지로 나누었다. 이들은 각각 원핵세포, 진핵세포, 아카에아세포를 가지고 있다. 셋의 관계에서 진핵세포는 아카에아세포가 진화했다고 추측하고 있다.
이 장에서는 진핵세포의 내막계에 속한 세포내 소기관들을 살펴보고 이들이 어떤 역할을 하고 있는지 정리해 볼 것이다.
 
 
Ⅱ. 본론
1. 내막계에 속한 세포내 소기관의 종류
내막계는 핵, 소포체, 골지체, 리소좀(식물세포는 액포) 등 진핵세포에서 세포를 기능적, 구조적 측면으로 나누어주는 체계를 말한다. 식물, 동물, 곰팡이, 원생생물 등이 진핵세포를 가졌는데 진핵세포는 두겹의 막이 감싼 핵이 있고 특정 기능을 수행하는 세포소기관들을 세포질에 가지고 있다. 이 세포소기관들은 세포 수준에서 세포가 필요로 하는 일들을 효율적으로 나누어 세포 활동을 한다. 필요한 물질을 합성하고, 필요없는 물질을 분해하는 것과 관련이 있다.
 
가. 핵: 핵은 ‘염색체’와 ‘인’을 가지고 있다. 염색체의 DNA를 통해 세포활동과 세포증식을 조절한다. DNA는 규칙적인 매듭을 가진 실모양의 염색사가 되는데 핵에서 이 염색사가 뭉쳐져서 염색질(DNA와 히스톤의 결합체)로 존재한다. 세포분열하는 동안은 꼬이고 응축되어서 막대기 모양의 염색체가 되는 것이다. 인은 rRNA를 합성하고, rRNA는 특정단백질과 결합하여 단백질합성 장소인 리보솜을 만든다.
핵의 모습은 핵을 둘러싸고 있는 두 겹의 핵막 안에 염색질과 인이 존재한다. 두 겹의 핵막 중 바깥쪽 막은 세포질의 소포체와 연결된다. 핵막 표면에는 핵공이 있는데 핵과 세포질 사이에 물질이 드나드는 통로이다.
 
나. 소포체(ER=세포내+작은 망): 소포체에는 리보솜이 붙어있는 조면소포체와 리보솜이 없는 활면소포체가 있다. 조면소포체와 활면소포체는 막이 이어져서 그물과 같은 망상구조를 이룬다.
조면소포체는 납작한 주머니가 연결된 망상구조로, 리보솜이 붙어있는 표면이 전자현미경에서 거칠게 보이기 때문에 그렇게 불린다. 소포체에 붙어있는 리보솜에 의해 단백질을 내강으로 합성한다. 리보솜에서 세포막 구성분인 인지질을 이용하여 소포체막 등 여러 종류의 세포막을 합성한다. 소포체 표면의 리보솜에서 합성된 단백질의 일부는 인지질과 함께 소포체막을 크게 만들고 그 중 일부는 소포체 안으로 들어간다. 조면소포체 안에서는 단백질을 당단백질 등으로 만들고 운반주머니에 담아 골지체까지 운반한다. 소포체와 결합되지 않은 리보솜에서 합성된 단백질은 세포질로 분비되어 특정한 기능에 관여한다.
활면소포체는 둥근 관이 연결된 망상구조다. 활면소포체는 지질합성, 해독작용, 수축작용 등에 관여하며, 스테로이드 호르몬을 분비하는 동물세포와 지질함량이 높은 식물의 종자세포에 많다. 기름, 인지질, 스테로이드 등 지질의 합성, 탄수화물 대사, 몸에 들어온 독소의 해독 작용 등을 한다. 간세포의 활면소포체에는 약물이나 유해한 물질을 분해하는 산화효소가 들어 있는데, 근육세포의 활면소포체는 칼슘이온을 저장하고 있다가 근육조직이 수축할 때 칼슘이온을 방출한다.
리보솜은 소포체 비부착 리보솜과 소포체부착 리보솜이 있다.
 
다. 골지체: 골지체의 이름은 발견자의 이름인 골지(Golgi, C.)의 이름에서 유래했다. 골지체는 막으로 싸인 납작한 주머니들이 포개져 있는 구조물인데 이 주머니들은 연결되어 있지 않다. 골지체는 합성물질의 저장과 농축 및 가공기능을 가지고 있다. 골지체는 조면소포체에서 나온 운반주머니를 받아들여서 운반주머니(수송낭) 안의 다양한 단백질 분자를 목적에 맞는 분자로 만든 다음 다시 운반주머니에 넣어 리소좀(액포)이나 세포막으로 돌려보낸다.
 
라. 리소좀: 리소좀은 동물세포에만 있다. 이것은 막으로 싸인 둥근 주머니로 주머니 안에 가수분해효소를 가지고 있다. 사람 세포의 리소좀은 40여 가지 이상의 소화효소를 가지고 있다. 이때 주머니의 막은 소포체에서 만들어지고, 효소는 조면소포체와 골지체에서 합성된다.
리소좀의 역할은 유기물을 분해시키고 세포에 침입한 박테리아를 죽이는 것이다. 백혈구는 박테리아를 삼켜 리소좀의 효소로 분해해서 죽인다. 또 다른 역할은 손상된 세포소기관을 흡수 분해해서 새로운 세포소기관을 만드는데 활용한다. 태아의 손가락 사이에 있는 물갈퀴를 제거할 때에도 리소좀의 효소가 작용한다. 리소좀의 효소가 물갈퀴에 해당하는 세포의 세포자살을 유도한다.
 
마. 액포: 액포는 식물세포에만 존재한다. 식물세포의 중심부에 있는데 토노플라스트라고 부르는 막이 싸고 있다. 액포는 물을 흡수하여 식물세포가 커지고 세포벽이 지지역할을 하도록 하며, 여러 가지 물질을 저장하고 리소좀의 역할도 한다.
액포는 식물세포에서 물을 저장하여 생기는 팽압으로 세포벽이 단단한 지지역할을 하도록 한다.
액포에는 식물세포에 필요한 이온 등의 화학물질과 세포대사에서 발생한 아미노산, 당, 안토시아닌 색소 등이 들어있다. 감귤세포의 액포에는 당이 가득 차 있고 우리가 감귤을 먹었을 때 단맛을 느끼는 것은 이것 때문이다. 액포의 안토시아닌 색소는 꽃 색깔을 결정한다.
식물세포의 액포는 노폐물이나 독성물질을 결정으로 만들어 저장함으로써 외부에서 들어오는 박테리아를 죽이는 역할이나, 손상된 세포소기관을 흡수 분해해서 새로운 세포소기관을 만드는 데 활용하는 등의 리소좀의 역할을 수행한다.
식세포기능을 하는 ‘식포’, 여분의 물을 밀어내어 전해질 농도를 유지하는 ‘수축포’, 식물에만 존재하는 생명유지에 필요한 이온과 각종 효소, 노폐물, 자기방어용 독성물질을 저장하는 ‘중심액포’가 있다.
 
 
2. 내막계에 속한 세포내 소기관의 역할
가. 물질합성
앞서 1에서 살펴본 내막계에 속한 세포내 소기관들 중 핵, 리보솜, 소포체, 골지체 등은 단백질 등 생활에 필요한 물질을 합성하고 세포 내에서 운송하는데 관여한다.
핵에서는 인이 rRNA를 합성해서 리보솜이 만들어지도록 하고, 핵막 표면에 있는 핵공으로는 핵에서 세포질로 RNA분자가 분당 수백만개씩 나간다.
소포체 표면의 리보솜에서 합성된 단백질은 인지질과 함께 소포체막을 크게 만들고, 일부는 소포체 안으로 들어간다. 앞서 설명한 소포체의 종류에서 조면소포체는 단백질을 당단백질로 만들어서 운반주머니로 골지체까지 운송하고, 활면소포체는 지질합성, 해독작용, 수축작용 등에 관여한다고 했다.
골지체는 조면소포체에서 가지고 온 단백질 분자를 목적에 맞게 가공한 뒤, 다시 운반주머니에 넣어서 리소좀이나 세포막으로 보낸다. 단백질의 수송과 포장에 관여하는 것이다. 골지체효소 당단백질의 탄수화물 부분변형, 단당류를 치환하여 다양한 종류의 탄수화물 합성, 세포에서 분비되는 고분자 다당류 합성(펙틴, 비셀룰로오스 다당류 등)을 한다.
이처럼 세포내 소기관들은 물질을 합성하고 운반하여 생명활동이 필요한 곳에 쓰이도록 한다.
 
나. 물질분해
내막계에 속한 세포내 소기관은 리소좀, 액포, 퍼옥시솜 등이 있다. 이들은 유해하거나 쓰고 남은 부산물을 다른 유용한 물질로 전환 재생한다. 분해 기능을 가진 이 세포 소기관들은 단일막의 주머니로 되어 있다. 주머니 안에는 분해될 물질이 담겨있다.
그 중 리소좀은 세포의 소화기관이라고 할 수 있다. 세포내 쓸모없는 소기관이나 작은 분자를 효소로 분해한다. 세포 내에 침입한 박테리아를 죽이거나, 쓸모없는 유기물을 분해하고, 간 등에서는 콜레스테롤을 분해하는데 사용하기도 한다.
액포는 세포 내로 들어온 물을 저장한다. 액포는 식물세포만 가지고 있는데, 액포가 있어서 세포벽이 단단한 지지역할을 할 수 있다. 식물세포의 액포는 노폐물이나 독성물질을 결정으로 만들어 저장한다. 그래서 리소좀과 같이 이것들을 분해하고 재생하는 것이다.
 
 
 
Ⅲ. 결론
이 글을 통해 (진핵세포의) 내막계에 속한 세포내 소기관들을 살펴보았다. 세포내 소기관인 핵, 소포체, 골지체, 리소좀, 액포 등의 종류와 역할에 대해 정리했다. 퍼옥시솜과 글리옥시솜은 진핵세포의 내막계에 속한 특징을 보이지 않아 살펴보지 않았다.
참고할만한 자료를 많이 찾아보지 못해서 한국방송통신대학교출판부에서 펴낸 ‘생물과학’과 한국방송통신대학교 생물과학 강의를 기반으로 정리했다. 혹시 다른 용어가 있을까 해서 인터넷에 검색을 해봤으나 딱히 좋은 검색기록은 찾지 못하고, 과제를 사고파는 사이트에 등록된 과제들의 흔적만 볼 수 있었다. 그 외 위키백과 등의 사이트를 검색했으나 교재의 내용에서 벗어나거나, 특출나게 설명한 점이 보이지 않아 참고하지 않았다.
앞으로도 교재와 강의를 기반으로 세포의 구조를 기반으로 생물체의 대사를 살펴보고 식물과 동물의 유전자에 대해 공부할 것이다. 이후 식물과 동물의 구조와 기능에 대해 알아보고 생태계의 구성과 발달에 대해 정립하도록 노력하겠다. 끝.