3. 세포 : 생명체 디자인의 기본 단위

1. 생명체를 이해하기 위한 환원주의적 접근

가. 환원주의적 접근

생명체가 어떤 형식으로 작동하느지 알기 위해서는 하나씩 분해하는 방식이다.

너무 많이 분해하게 되면 원소가 되어 생명의 구분이 사라지기도 한다.

따라서 신체장기, 조직, 세포, 세포소기관, 생체분자까지만

나. 분자생물학

- 분자 수준의 생명활동을 관찰하고 연구하는 학문

1) 생체 고분자(Bio_polymer) : 생명체를 이루는 핵심물질

- 단백질(Protein)

- 핵산(Nucleic acid)

- 다당류(Polysaccharide)

- 지질(Lipid) : 지질은 고분자가 아니지만,

세포소기관들의 막이 모두 지질로 되어 있다.

2) 세포(Cell) : 생명의 시작의 최소단위

- 지구상의 모든 생명체는 세포를 기본단위로 이루어져 있다.

출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%84%B8%ED%8F%AC

다. 생명체의 종류

1) 단세포 : 몸이 하나의 세포로 이루어진 생물

- 박테리아 : 원핵세포

- 녹조류 : 진핵세포

2) 다세포 생명체 : 여러개의 세포가 모여서 이루어진 생물

- 진핵세포가 2개이상 모여서 군집하게 만들어낸 개체

※ 세포는 살아있는 독립체

- 외부와의 경계(세포막)

- 열린계(에너지와 물질 이동 및 대사)

- 항상성 유지

- 자가복제(세포분열)

- 유전정보를 바탕으로 작동

그 근거로 세포배양을 할 수 있다는 것이 독립체라는 증거다

라. 개체발생

※ 개체발생에 필요한 정보 ※

- 세포 항상성 유지 및 대사

- 세포분열

- 세포분화

- 세포 3차원 공간배치

- 골격계, 혈관, 신경망 등의 형성

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출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Evolutionary_developmental_biology

보편적으로 태아에서 뇌가 생성되면서 뇌파가 잡히는 순간을 인간의 시작점이라고 한다.

1) 세포분화(cellular differentiation)

- 다세포 생명체에서 세포들의 분업화를 말한다

- 신경세포, 근육세포, 상피세포, 섬유아세포, 혈액세포 등 

- 각 세포들이 하는 기능이 다르다.

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_differentiation

가) 신경세포 : 세포 중에서 최상위에 세포로 몸의 권력의 핵심을 지고 있다.

- 다양한 생체적 정보를 독점적으로 수집하여 해석

- 생체가 움직이는 방향을 결정

따라서, 신경세포의 활동 시점을 인간의 근거가 된다

2) 조직-기관 : 분화된 세포들의 공간배치, 상호작용 및 기능

출처 : http://www.arn.org/docs/glicksman/eyw_041101.htm

세포는 복잡한 배열들이 이루어져 다양한 기능을 수행하게 된다.

Q. 그럼 이 세포분화에 관한 정보는 어디에 담아있을까?

A. 1950년대 이중나선 구조로된 DNA에 생명체의 형성과 유지에 관한 정보가 담겨있다는 것을 알게 되었다.

마. DNA

- 46개의 DNA

- 4 종류의 뉴클레오타이드 A, T, G, C

1) 인간 유전체(Human genome)

- 총 32억 염기쌍을 갖고있다.

2) 염색체(chromosome) 

: 세포분열 시 핵 속에 나타나는 굵은 실타래나 막대모양의 구조물로 유전물질을 담는 물질

출처 : https://www.genome.gov/26524120/chromosomes-fact-sheet/

염색체는 항상 쌍으로 존재하게 되어있다.

이유는 한쪽은 아버지에게서 받았고

다른 한쪽은 어머니에게서 받았기 때문이다.

하지만 염색체가 100% 동일하지는 않는다.

99.9%의 염기서열은 동일하지만

나머지 0.01%의 다름으로 인해 우리가 각사람마다 달리 보이는 이유가 된다.

바. 세포 분열

1) 체세포 분열(Cell division)

- 유전정보가 동일한 클론을 생성하는 세포분열

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_cycle

하지만, 엄밀히 말하면 100%는 아니라고 한다.

아주 드물게 에러가 발생을하기 때문이다.

비율로 따져보면 0.000001%로 에러가 나타난다고 한다.

2) 세포주기1 : G1(G1 phase), 세포성장

세포가 성장하여 분열을 준비하는 시기

어느정도 성장이 이루어지면 분열준비가 되었는지 확인하는 시기

3) 세포주기2 : S기(S pahse), DNA 복제

출처 : http://cyberbridge.mcb.harvard.edu/mitosis_4.html

DNA에서 나선구조가 중요한 이유는 쉽게 복제가 가능하기 때문이다.

S기에서 이중나선이 벌려지면서, DNA가 복제되기 때문이다.

4) 세포주기3 : G2기(G2 phase), DNA복제가 잘되었는지 확인하는 기간

5) 세포주기4 : M기(분열기)

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_cycle

사. 유성생식 생물의 Life cycle

우리몸을 빠져나간 세포가 또다른 인생을 시작하는 과정

종류로는 정자, 난자가 있다.

1) 감수분열

: 유성생식을 하는 생물의 생식기관에서 생식세포를 만들기 위해 일어나는 세포분열

DNA의 양은 절반이 된다.

정자와 난자가 만나 수정란를 이루는 과정이라고 할 수 있다.

각 번호의 염색체 중에서 정자와 난자의 염색체를

무작위로 1가지씩 선택하여 수정란이 되는 것이다.

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Meiosis

2. 세포소기관(Cellular Organelle)

 

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Organelle

1. Nucleolus

2. Nucleus

3. Ribosome (little dots)

4. Vesicle

5. Rough endoplasmic reticulum

6. Golgi apparatus (or "Golgi body")

7. Cytoskeleton

8. Smooth endoplasmic reticulum

9. Mitochondrion

10. Vacuole

11. Cytosol (fluid that contains organelles, comprising the cytoplasm)

12. Lysosome

13. Centrosome

14. Cell membrane

가. 세포핵(Nucleus)

- 세포의 모든 활동을 조정하는 세포내 기관

- 유전정보를 해석하고 처리하는 장비

- 이중막구조를 이루고 있음

나. 소포체(Endoplasmic reticulum)

- 관 형태, 주머니 형태로 된 단백질합성 등을 시작하는 장소

다. 골지체(Golgi apparatus)

- 소포체에서 만들어진 단백질의 가공이 일어나는 장소

- 소포체에 당을 붙이기도 한다.

라. 미토콘드리아(Mitochondria)

- 세포 속 대사물질을 이용하여 ATP 에너지를 생산

- 자체 DNA와 자체 내의 단백질을 합성하는 리보솜(Ribosome)을 갖고 있다.

마. 리소좀(Lysosome)

- 가수분해효소를 이용해 세포 소화기능 담당

바. 지질 2중층으로 이루어진 생체막(Biomembrane)

 

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Biological_membrane

1) 인지질(Phospholipid)

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Phospholipid

- 소수성(hydrophobic) : 물을 싫어하는 부분, 생체막 안쪽을 향한다.

- 친수성(hydrophilic) : 물을 좋아하는 부분, 생체막 밖을 향한다.

사. 생체막에 존재하는 다양한 막단백질(Membrane Protein)

1) 막관통 단백질(Transmembrane Protein)

 : 세포막이나 세포소기관의 지질막을 관통하여 존재하는 막단백질

2) 표재성 막단백질(Periphearl membrane protein)

: 직접 막을 관통하진 않지만 막 근처에 붙어있는 단백질

3) 지질결합 막단백질(Lipid anchored membrane protein)

아. 막단백질을 통한 물질의 이동

1) 이온채널(Ion channel)

: 농도 기울기에 따라 특정 이온을 수송

2) 이온펌프(ATP-powered ion pump)

: 에너지를 사용하여 농도 기울기를 거슬러 특정 이온을 수송

3) 수송체(Transporter)

: 이온보다 큰 물질을 수송

자. 진핵세포의 물질 흡수

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Endocytosis

1) 세포내유입(Endocytosis)

- 세포내이입은 세포가 에너지를 이용하여 단백질 같은 분자를 세포 내로 옮기는 과정

- 박테리아, 원핵세포에서는 일어나지 않는다.

- 세포막이 외부에 있는 물질을 싸서 세포내부로 갖고와 분해하여,

엔도솜(endosome), 후기엔도솜(late endosome), 리조솜(lysosome)으로 되어 용해시킨다.

이를 통해 에너지를 만든다.

2) 소낭수송(Vesicular Transport)

- 신호전달을 위해 물질을 외부로 전달이 필요한 경우도 있다.

- 소포체, 골지체, 세포막을 통해 외부로 배출을 한다.

※ 시그널 펩타이드(signal sequence)

출처 : http://www.signalpeptide.de/

소낭 수송 시스템을 통한 막단백질들의 이동에 필요한 부분으로

단백질들이 어디로가고 어디에 위치해야할지 알려주는 신호를 갖고 있는 곳

독일 생물학자 권터 블로벨이 발견하였다.

※ 혼자 공부한 것이니 정확한 정보가 아닙니다. ※

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