[생리학] 3. 세포구조와 유전자 조절 (2) 세포질과 세포소기관

3. 세포구조와 유전자 조절

 

3.2 세포질과 세포소기관

세포질 구획에서 수행되는 세포의 많은 기능은 세포소기관의 활동에서 비롯됩니다. 세포질에는 소화 효소를 가진 리소좀과 세포 에너지를 생성하는 미토콘드리아 등이 있습니다.

 

 

(1) 세포질(cytoplasm)과 세포골격(cytoskeleton)

세포 내의 핵을 제외한 젤리 모양의 기질은 세포질이라고 불립니다. 세포질은 미세섬유 형태의 단백질 섬유들과 미세소관이 세포소기관을 둘러싸고 있는 복잡한 격자(latticework) 형태로 배열된 고도로 조직화된 구조입니다. 이러한 구조는 단백질 성분에 대한 항체의 반응과 형광 현미경(fluorescence microscopy)을 통해 육안으로 확인할 수 있습니다. 상호 연결된 미세섬유와 미세소관은 효소의 구조적 구성과 여러 개의 세포기관의 지지를 제공합니다.

미세섬유와 미세소관의 격자 형성은 세포골격으로 작용합니다. 세포골격의 구조가 단단하지 않아 빠르게 움직이며 재조직화할 수 있습니다. 액틴(actin)과 미오신(myosin)과 같은 수축성 단백질은 대부분 세포의 미세 섬유에서 발견됩니다. 예를 들어, 미세 섬유는 아메바 운동을 돕습니다. 또 다른 예로, 미세소관은 세포 분열 동안 염색체를 서로 끌어당기는 방추제를 형성합니다. 미세소관은 섬모와 편모의 중심부를 형성하기도 합니다.
일부 세포의 세포질은 간과 근육의 글리코겐 과립, 피부 색소 세포의 멜라닌 과립, 지방 세포의 트리글리세리드와 같은 봉입체(inclusion body)라는 집합체 속에 물질을 저장합니다.

 

(2) 리소좀(lysosome)

소화 효소는 세포질로부터 분리되어 막결합 세포소기관의 하나인 리소좀 속에 농축되어 있습니다. 1차 리소좀(primary lysosome)은 약 40가지의 다른 종류의 효소를 가지고 있고, 식포나 다른 세포소기관과 융합하여 2차 리소좀(secondary lysosome)을 형성합니다. 이때 오래된 세포소기관과 식작용의 산물이 소화됩니다. 따라서, 2차 리소좀은 부분적으로 소화된 잔여물과 소화된 물질을 가지고 있습니다. 소화되지 않은 노폐물이 있는 리소좀은 잔여체(residual body)라고 불립니다. 잔여체는 세포 외 유출물에 의해 노폐물을 제거하거나 세포가 노화함에 따라 세포 내에 노폐물을 축적할 수 있습니다. 세포 소기관의 부분적으로 소화된 막이 2차 리소좀에서 발견되고 분해되는 이 과정을 자기 소화작용(autophagy)이라고 합니다.
리소좀막이 파괴되면 그 속에 들어있는 소화효소가 나와 세포를 죽이기 때문에 리소좀을 자살백(suicide bag)이라고도 합니다. 이 현상은 특히 배아 발생과 같은 세포소멸(apoptosis)에서 나타납니다.

 

(3) 퍼옥시좀(peroxisome)

퍼옥시좀은 산화 반응을 촉진하는 특정 효소를 포함하고 있는 세포소기관이고 특히 간에서 활성화되어 있습니다. 산화효소는 유기 분자에서 수소를 제거하여 산소 분자로 전달함으로써 유기 분자를 산화시키고 과산화수소를 생성합니다. 퍼옥시좀에 의한 독성 물질의 산화는 간과 신장 세포의 중요한 기능입니다. 예를 들어, 술을 마실 때, 많은 양의 알코올은 간에 있는 퍼옥시좀에 의해 아세트알데히드로 산화됩니다. 카탈라아제(catalase)는 촉매 작용이 매우 빠른 효소로, 과산화수소를 상처에 투여할 때 발생하는 기포 현상은 이 효소의 작용에 의해 발생합니다.

 

(4) 미토콘드리아(mitochondria)

성숙한 적혈구를 제외한 모든 세포는 수백 수천 개의 미토콘드리아를 가지고 있습니다. 이 세포소기관은 ATP를 생산하고 크기와 모양은 다양하지만 본질적으로 같은 구조를 가지고 있습니다. 미토콘드리아 막은 내막과 외막으로 분리되어 있으며, 내막은 주름이 많은 크리스테(criste)로 되어 있습니다. 미토콘드리아는 세포질을 통해 이동하고 스스로 복제할 수 있습니다. 그리고 그것은 그 자체의 고유한 DNA를 가지고 있는데 비교적 작은 원형의 이중 가닥으로 되어있습니다.

 

(5) 리보솜(ribosome)

리보솜은 세포 내 단백질 합성공장으로 크기는 약 25nm이며 세포질과 소포체 표면에서 발견됩니다. 리보솜은 두 개의 소단위으로 구성되며 원심분리 시 침전속도를 계산할 때 각 소단위는 30S, 50S입니다. 최근의 연구는 r-RNA(ribosomal RAN)가 r-RNA 효소 또는 리보자임(ribozyme)인 것으로 밝혀졌습니다.

 

(6) 소포체(endoplasmic reticulum, ER)

소포체는 막성구조로서 과립소포체와 무과립소포체 두 종류가 있습니다. 과립소포체(granular endoplasmic reticulum) 또는 조면소포체(rough endoplasmic reticulum)는 표면에 리보솜을 가지고 있으나, 무과립소포체(agranular endoplasmic reticulum) 또는 활면소포체(smooth endoplasmic reticulum)는 가지고 있지 않습니다. 무과립소포체는 스테로이드 호르몬 생성 및 불활성과 관련된 효소 반응의 부위와 가로무늬 근 세포의 Ca2+ 저장 부위를 제공합니다. 과립소포체는 단백질 합성이 활발한 세포와 외분비선, 내분비선과 같은 분비가 활발한 세포에 존재합니다.

 

(7) 골지체(Golgi complex)

골지체는 여러 개의 평평한 주머니가 적층된 더미 구조를 가지고 있습니다. 마치 '팬케이크' 더미 같지만, '팬케이크'에 해당하는 골지 주머니(Golgi sac)에는 낭포 속에 시스테르나(조)라는 강이 있습니다. 이 더미의 한쪽 끝은 소포체를 향하고, 소포체로부터 온 소포를 들어오게 하는 영역이 됩니다. 소포 안의 물질들은 골지체의 주머니에서 다음 주머니로 이동합니다.
그리고 더미의 반대 쪽은 원형질막을 향하고 세포질 산물들이 그것을 통과할 때 화학적으로 변조 후 다음 소포를 형성하며 떨어져 나갑니다.