세포의 기능과 구조

[류명한]

1. 세포

1) -후크 : 세포 명명, 죽은 세포벽만 관찰

-슐라이덴 : 식물세포설

-슈반 : 동물세포설

-피르호 : 세포는 세포로부터

2) 세포의 관찰

① 현미경 : 배율증가해서 확대시 -> 시야는 좁아지며 어두워진다.

전자현미경-10만배, 살아있는 세포는 볼수 없다

ⅰ) 주사전자현미경 (SEM) : 표면을 관찰하기 위해 금속 도금 후 전자를 튀겨서 ex) 상피세포관찰

ⅱ) 투과전자현미경 (TEM) : 속을 관찰

광학현미경-1000만배, 살아있는 세포를 관찰

② 원심분리기 ; 세포분획

리보좀

ER, 원형질막

미토콘드리아, 리소솜, 퍼옥시좀

핵

3) 세포수의 차이 -> 생물의 크기 (세포의 크기 X)

4) 표면-부피가설 : “표면적:부피”의 비율을 늘리기 위해 세포는 가능한한 작은 크기로 존재한다.

2. 원핵세포

-핵막

-핵양체, 원형DNA

-세포소기관 없음

-세포벽 - 그람양성균: 두꺼운 펩티도글리칸

- 그람음성균: 지질다당체(LPS) -내독소

-플라스미드

-메소솜 : DNA복제시 분리 보조

-편모 : 플라젤린단백질

-내생포자 : 그람양성세균, 디피콜린산 , 1개 세포에서 1개의 내생포자

건조, 열, 자외선, 화학물질 내성을 지님 -> 고압멸균

-다당류 캡슐

3. 진핵세포

-2중 핵막

-셀룰로오스, 키틴 세포벽

-선형 DNA

-막성 세포소기관

-세포골격

4. 단일막 : 세포막, 소포체, 골지체, 액포, 미소체, 리소솜

이중막 : 핵막, 엽록체, 미토콘드리아

막구조 없음 : 인, 리보솜, 중심립(체)

5. 세포막 “유동모자이크 모델”

1) 인지질

① 양친매성 : 글리세롤 + 인 + X - 친수성, 지방산(포화사슬1개+불포화사슬1개) - 소수성,

② 유동성 -불포화 지방산

* 지방산 + 글리세롤 + 인 + X : X에 따라 여러 가지 ex) 포스파티딜 세린, 포스파티딜 에탄올아민, 포스파티딜 콜린 ...

* 지방산 + 세린 + 인 + 콜린 : 스핑고미엘린 , 글리세롤이 없다

cf) 당지질(glycolipid) : 당+세린+지방산 , 글리세롤과 인이 없다 ex) ganglioside, cerebroside

* detergent : 인지질 막에서 당백질 추출시 이용- 단백질 빠져나오게 : SDS, Triton X-100

인지질과 유사한 성질로 친수성, 소수성을 지님

인지질 + detergent -> detergent에 인지질이 붙고 단백질만 남는다

③ 이중결합이 많은 불포화 지방산 일수록 : 유동성 증가

지방산의 가지의 길이가 짧을수록 : 유동성 증가

온도 증가 : 유동성 증가

cf) 콜레스테롤은 유동성 감소 , 세포막 안정화와 완충작용에 기여

(저온 : 유동성 ↑ (지질층의 결정화 억제), 고온 : 유동성 ↓ (지질성분의 지나친 움직임 제한) )

④ 소포체에서 형성된 인지질 -> 원형질막에 붙어서 형성

⑤ 안과 밖이 다른 이면성 ★ 모든 생체막들은 비대칭적이다

⑦ flippase: 인지질은 좌우운동(측면확산)은 쉬우나 상하(flip-flop)은 잘 일어나지 않는다

flippase 작용으로 상하운동도 가능 - 포스파티딜세린은 거의 안 일어남. ( -전하때문)

주로, 포스파티딜 콜린, 포스파티딜 에탄올아민에서 잘 일어남.

2) 막단백질

① 내재성 단백질 : 인지질 이중층 관통, 막의 소수성에 박혀있음, 계면활성제로 분리가능

② 표재성 단백질 : 막의 표면에 위치, 수소결합, 이온결합등의 약한 비공유 결합들로 막에 결합

③ 역할 : 운반제, 이온채널, 수용체, 효소, CAM(세포부착단백질), 세포연접

♣ (케드헤린, 인테그린, 셀렉틴, Ig superfamily)

3) 막탄수화물

- 세포인식에 관여, 밖에만 위치 ex)

- 막의 안정성, 저항성, 신호전달, 항원인식, 막단백질 folding

6. 세포연접

부착연접 (adhesive junction)	밀착연접 (tight junction)	간극연접 (gap junction)	원형질연락사 (plasmodesmata) (식물)
종류) desmosome hemidesmosome adhesion belt focal content	위치) 소화기관, 방광, 신장, 세정관, 뇌모세혈관(BBB)		위치) 세포와 세포간의 원형질막끼리 연결
기능) 세포-세포간 연결기능	기능) 세포-세포사이 밀봉기능	기능) 세포간 의사소통 (신호전달)	기능) 물,이온,양분,호르몬 통로 바이러스도 전파
*접착결합: 캐드헤린(Ca2+요구), + 액틴필라멘트 *데스모솜결합: 충격이 많은 세포에 발달 세포-세포 캐드헤린, 중간섬유 (케라틴) *헤미데스모솜: 세포-기저층, ECM 인테그린, 피브로넥틴, 중간섬유 cf) 데스모좀 분리시, Ca2+ 농도↓ , 트립신	ex) 장세포의 음식물 흡수시, 각세포로 포도당이 하나씩 통과하는데(능동수송) 밀착연접이 세포사이를 막아주므로 옆으로 확산이 억제 ★ 장세포를 통과한 포도당이 혈관을 통과 할때는 확산을 이용(수동수송)	* 콘넥신 단백질로 구성 원통구조 connexin 6개 -> connexon Ca2+농도↑, H+농도↑ : 닫힘 ex) 심장: 활동전위 전달시 배발생 초기에 양분이동	* 인접한 세포간의 소포체 내강이 연결 “데스모튜뷸” * 주로 수동적 이동 * 큰물질은 이동 못함 (조절기능 있음)

7. 인 (nucleolus)

1) rRNA 유전정보 있음: rRNA 합성

2) 리보솜 단위체 조립

3) 인의 크기가 크고 뚜렷 : 단백질 합성이 활발함을 의미

4) 막으로 형성되어 있지 않다

8. 리보솜 (ribosome)

원핵		진핵
70S		80S
50S	5S, 23S	60S	5S, 5.8S, 28S
30S	16S	40S	18S

1) 구성 : rRNA + 단백질

2) 핵속의 인에서 합성

미성숙 rRNA + 단백질 : 인에서 조립된 후 세포질에서 완성

단 28S rRNA는 인 밖에서 형성된 후 인으로 들어와서 60S를 형성

3) 대소단위 + 소소단위

4) 제일 작은 세포소단위

5) 폴리 or 단일형

6) 테트라사이클린, 스트렙토마이신

- 원핵의 리보솜기능 파괴 -> 단백질합성 저해

- 진핵에는 영향 없다

단, 미토콘드리아, 엽록체의 리보솜에는 영향을 줌

♣ 단백질 이동방식

1) pore(핵공)를 통해 핵으로 이동 : 핵

- 3차가 1차로 풀려서 들어간다

2) membrane(막)을 통해 이동 : 엽록체, 미토콘드리아, 퍼옥시좀

3) vesicle(소낭)을 통해 이동 : 소포체에서 소낭을 형성 -> 골지체 -> 밖으로

♣ bound ribosome : 소포체에 부착

형성된 단백질의 운명? ① lysosome 속에 존재 (저장) : M-6-phosphate 붙은것만

② plasma membrane (원형질막) - 막구성분

③ 세포밖으로 배출

- constitutive secration ; 만들어지는대로 계속 분비

- regulated secration : 조절 분비 (외부자극 신호가 왔을때만)

free ribosome : 세포질에 산재

형성된 단백질의 운명? 미토콘드리아, 엽록체, 핵, 퍼옥시좀 등으로 이동

9. 핵 (nucleus)

1) 유전자 조절, 핵막(이중막), 핵공, 염색질, 인

2) 핵막

① 조면소포체가 형성

② 핵공 : 8개 소단위로 구성

♣ 핵공 수송방법

-확산 : 작은 크기 분자 (50kd이하)

-능동수송 : 핵위치 신호서열에 따른 단백질 ,GTP 에너지를 이용

in ) 전사에 필요한 단백질, 염색체 복제시 필요한 단백질

out) m, t, rRNA

③ lamine 단백질 : 핵의 모양 유지, 핵막 안쪽에 위치

3) 염색질 (chromatine)

① 뉴클레오좀 (히스톤단백질+DNA=옥타머) -> 염색질 (chromatine) -> 염색체 (chromosome)

② 히스톤 단백질

- histon protein : H2a, H2b, H3, H4 cf) H1은 뉴클레오솜이 서로 결합하도록 보조

- nonhiston protein : 생물체 내에서도 세포마다 다르다

- 양전하 : 아르기닌, 리신 아미노산이 풍부

4) 대부분 1세포에 1개의 핵

예외) 포유류 골격근 (다핵), 짚신벌레 (대핵, 소핵), 포유류 적혈구 (성숙 후 탈핵), 포유류의 심근 (1~2개의 핵)

cf) 어류 -> 양서류 -> 파충류 -> 조류 -> 포유류

(적혈구 : 핵존재 ) 무핵

10. 미토콘드리아

1) ATP 생성 기능

2) 크리스테구조 , 선상, 과립형, 소시지모양- 여러 가지

3) 이중막 : 내부구획(기질), 외부구획 (막간공간)

Tom(외막)- Tim(내막)

4) 내막 구성성분 : cardiolipin "내공생설의 증거“

외막 : 투과 단백질- porin 단백질: 물질수송

5) ATP합성효소 (F0F1), 전자전달계 효소, 지방산 산화효소 , 시토크롬C (세포자살에 관여)

6) 독자적 DNA, 리보솜을 지님 : 스스로 복제, 자기단백질 생성, 세포질의 자유 리보솜에서 형성된 단백질,

환상의 DNA (모계유전)

7) 이분법 분열

8) 야누스그린B에 염색됨

♣세포내 공생설 증거

- 대상) 미토콘드리아(←호기성세균), 엽록체(←시아노박테리아), 세균

- 이중막, 원형DNA, 히스톤 존재하지 않음, 리보솜은 세균과 유사, cardiolipin, 개시 tRNA (fMet)

- 스트렙토마이신, 테트라사이클린은 미토콘드리아, 엽록체, 세균의 번역을 억제

디프테리아 독소는 진핵만 번역 억제

11. 엽록체

1) ATP 생성 기능

2) 주로 엽육세포에 많다

3) 라멜라구조 : 틸라코이드(명반응, 광계Ⅰ,Ⅱ), 그라나, 스트로마(암반응)

4) 이중막구조 : Toc(외막)- Tic(내막)

5) 독자적 리보솜과 DNA (환상) - 모계유전

12. 소포체

1) 활면소포체 (SER)

① 지질합성 : 특히 스테로이드, 인지질, 지방산

② 해독작용 : 간세포의 SER - 시토크롬 P450 계열의 효소가 활성화되어 해독작용을 함 (독극물에 OH붙여서 뇨로 배출)

③ 탄수화물 대사 : 간세포에서 글리코겐 합성, 포도당 분해

간 : 글리코겐을 포도당으로 끊어서 -> SER로 이동 -> 간세포막 밖으로 포도당 방출

④ Ca2+ 저장 : 근소포체

⑤ 막구성성분

2) 조면소포체 (RER)

① 핵막의 합성

② 단백질 합성 : RER 겉에 리보솜을 부착하고 있어서 단백질 합성

♣ 단백질의 합성 분비경로

DNA -> pre mRNA -> splicing -> mRNA -> 핵공통과 -> 세포질로 이동 : 리보솜에 의한 단백질 합성

-> 신호서열 합성 -> (단백질수송 메커니즘) -> 조면소포체내 (단백질변형-절단, 접힘, 배당화) -> 운반소낭형성

-> 골지체 (단백질변형 :당화외의 여러가지) -> 분비소낭 (v-SNARE 부착) -> 미세소관 따라서 원형질막으로 이동

(막내부에 t-SNARE 수용체) -> exocytosis

③ 단백질 변형 : 배당화는 소포체에서 시작된다, 이황화결합 형성

13. 골지체

1) 구조

형성면(cis, 입구) ----- 오스늄염으로 염색

시스터나 구조 ------- 각각의 시스터나 마다 지닌 효소는 상이하다, 시스터나에서 시스터나로 이동시 소낭형성해서 이동

성숙면(trans, 출구) --- 에텐아민으로 염색

2) 단백질 변형, 가공, 저장, 분류

가공) ① 배당화( glycosylation) : 당단백질, 당지질 합성

② sulfication : 이황화결합 형성

③ galactosy transferase : 갈락토스 첨가

3) 헤미셀룰로오스, 펙틴 형성

nuclease

protease

glycosidase

lipase

phosphatase

sulfatase

phospholipase

14. 리소솜 (lysosome)

1) 단일막 구조

2) 가수분해효소 : 주로 산성에서 존재하는 효소 , * 대표적으로 7가지

3) 리소솜은 산성상태 유지 : ATP 이용하면서 내부로 H+ 펌핑

4) 저장병 : 리소솜의 일부효소가 결핍시

-테이삭스병 : hexosamindase A 결핍으로 갱글리오시드 축적

-폼페병 : sphingomyelinase 결핍으로 스핑고미엘린 축적

-니만픽병 : α-glucosidase 결핍으로 글리코겐 축적

5) 기능 ; 세포외 물질 분해, 자신의 세포소기관 제거시(자식작용: 손상세포, 노화세포, 발생시 불필요한 세포 제거),

식세포형성이나 엔도시토시스시에 붙어서 식작용

15. 퍼옥시좀

1) 산소이용

2) 분열기능이 있어서 성장후 이분법으로도 형성됨

3) 해독작용 : 신장세포, 간세포에 많다

3) 기능

-과산화수소 분해효소 함유 : catalase, peroxidase, D-aminoacid oxidase, 요산산화효소

-지방산의 산화 ex) 미토콘드리아(동물), 글리옥시좀(식물)

-과산화수소 생성

-광호흡 산물 회수기작 ex) 미토콘드리아(식물)

16. 글리옥시좀

1) 식물의 퍼옥시좀과 같은 역할

2) 발아시, 지질을 당으로 전환 : * 글리옥살산회로 : 식물만 가능, 동물은 X

-지질이 탄수화물로 전환되는 대사경로

-퍼옥시좀에서 생성된 아세틸 CoA를 글리옥살산회로를 거쳐 포도당 신생합성을 위한

전구체 (옥살아세트산) 형성 -> 포도당

3) 미토콘드리아와 상호작용

4) catalase 함유

17. 액포

1) 식물세포에만 존재 : 특히 늙은 식물세포에 많다

2) 기능 ; 저장 (안토시아닌 색소, 여러가지 영양분, 노폐물, CAM식물에서 말산 저장..), 팽압유지, 분해기능

cf) tonoplast ; 액포를 싸고 있는 막

18. proteasome

- 단백질 분해 : 단백질 가수분해 효소를 함유하여 제거될 내부단백질(ubiquitine부착)을 분해

cf) 리소솜 : protease

19. 세포벽

- 전투과성

1) 식물

1차 : 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴

2차 : 1차세포벽과 원형질막사이에 생성

셀룰로오스+리그닌 : 목질화 ex)물관

셀룰로오스+슈베린 : 코르크화 ex)줄기방수층

셀룰로오스+큐틴 : ex)잎방수층

* middle lamella (중엽)

2) 세균

- 펩티도글리칸 *시아노박테리아 :

N아세틸글루코사민 식물과 같은 셀룰로오스+펙틴으로 구성

N아세틸뮤라민산 *마이코플라즈마 : 세포벽 없음

D-아미노산의 교차결합 숙주외부에서 살 수 있는 가장 작은 세균

*원시세균 : 세포벽 결실 or 펩티도글리칸 없음

그람양성세균	그람음성세균
두꺼운 펩티도글리칸 주변공간 1개	얇은 펩티도글리칸 주변공간 2개 외막 : LPS로 구성, 식세포작용으로부터 보호, 방벽역할 -지질A (내독소성분) -중심다당체 -O항원 (세균동정시 이용)

* 페니실린

리소자임

3) 균류

- 키틴질의 다당류

N아세틸글루코사민( β1,4-글리코시드결합)

유명한과학교실

[큰머뤼]

오 감사합니다 !!