세포

3. 세포 내 구성 성분

모든 세포는 공통적으로 세포막, 세포질, DNA 및 RNA와 같은 유전 물질을 가진다.

• 세포막: 세포를 외부 환경과 분리하고, 세포 안팎으로 물질 출입을 조절하며, 막전위를 유지한다.
• 세포질: 세포막 내부 공간으로, DNA, RNA, 리보솜 등 다양한 생체분자들이 존재한다.
• 유전 물질: DNA는 유전 정보를 저장하고, RNA는 유전 정보 전달, 단백질 합성 등 다양한 기능을 수행한다.

3. 1. 세포막

3. 2. 세포골격

3. 3. 유전 물질

3. 4. 세포소기관

• '''리보솜''': 리보솜 RNA(rRNA)와 단백질로 구성된 큰 복합체로, 2개의 단위체(대단위체와 소단위체)로 구성된다. mRNA에 의해 전달되는 유전 정보에 따라 단백질을 합성하는 세포소기관이다. 리보솜은 세포질에 자유롭게 떠다니거나 막에 결합(진핵세포의 거친면 소포체 또는 원핵세포의 세포막)되어 있다.^[131]

3. 4. 1. 진핵세포

• '''세포핵''': 세포의 정보 중심인 세포핵은 진핵세포에서 발견되는 가장 눈에 띄는 세포소기관이다. 세포핵에는 염색체가 있으며, 거의 모든 DNA 복제 및 RNA 합성(전사)가 일어난다. 세포핵은 구형이며, 핵막이라고 불리는 이중막에 의해 세포질과 구분되어 있다.
• '''미토콘드리아와 엽록체''': 세포의 에너지를 생성한다. 미토콘드리아는 모든 진핵세포의 세포질에서 다양한 수, 모양 및 크기로 생성되는 스스로 증식할 수 있는 세포소기관이다.^[124] 미토콘드리아는 세포 호흡이 일어나는 장소로 산화적 인산화에 의해 세포의 에너지를 생성하며, ATP를 생성한다. 엽록체는 식물과 조류에만 존재하며, 광합성이 일어나는 장소로, 빛에너지를 이용하여 포도당과 산소가 생성되는 반응이 일어난다.
• '''소포체''': 소포체는 세포질에 자유롭게 떠다니는 분자와 비교하여 특정 변형 및 특정 목적지를 목표로 하는 분자의 운반 네트워크이다. 소포체에는 표면에 리보솜이 붙어있는 거친면 소포체와 표면에 리보솜이 붙어있지 않은 매끈면 소포체라는 두 가지 형태가 있다.^[124]
• '''골지체''': 골지체의 주요 기능은 세포에 의해 합성되는 단백질 및 지질과 같은 고분자들을 변형하고 포장하여, 세포 밖으로 분비하거나 세포의 다른 부위로 이동시키는 것이다.
• '''리소좀과 퍼옥시좀''': 리소좀은 여러 가지 가수분해효소가 있어서 물질의 분해를 담당한다. 리소좀은 세포 내부로 들어온 외부 물질, 오래되고 손상된 세포소기관과 유기물 등의 세포 내 물질들을 분해하는 세포 내 소화를 담당한다. 퍼옥시좀은 독성 과산화물을 제거하는 효소들을 가지고 있다. 세포는 이러한 파괴적인 효소들을 막으로 둘러싸서 수용하고 있다.^[124]
• '''중심체''': 중심체는 세포골격의 조직자로 세포골격의 핵심 구성 요소인 미세소관을 생성한다. 중심체는 2개의 중심립으로 구성되어 있고, 주로 동물 세포에 존재하고 막이 없으며, 세포 분열시 방추사 형성과 염색체의 이동에 관여한다.
• '''액포''': 액포는 식물 세포에 주로 존재하며, 물을 흡수하여 식물 세포의 생장을 돕고, 식물 세포의 형태 유지 및 세포 내 수분량과 삼투압 조절에 관여한다. 영양소, 노폐물, 독성 물질, 색소 등을 저장하며, 식물 세포가 성숙함에 따라 발달한다.

3. 4. 2. 진핵세포 및 원핵세포

세포소기관은 인체의 기관(예: 심장, 폐, 콩팥과 같이 각각의 기관들이 다른 기능을 수행함)과 유사한 한 가지 이상의 중요 기능을 수행하기 위해 적응 및 전문화된 세포의 일부분이다.^[124] 진핵세포와 원핵세포는 둘 다 세포소기관을 가지고 있지만, 원핵세포의 세포소기관은 더 단순하고 원핵세포에는 막으로 둘러싸인 세포소기관이 없다.

• '''리보솜''': 리보솜 RNA(rRNA)와 단백질로 구성된 큰 복합체이다.^[124] 리보솜은 2개의 단위체(대단위체와 소단위체)로 구성되며, mRNA에 의해 전달되는 유전 정보에 따라 단백질을 합성하는 세포소기관이다. 리보솜은 세포질에 자유롭게 떠다니거나 막에 결합(진핵세포의 거친면 소포체 또는 원핵세포의 세포막)되어 있다.^[131]

4. 세포막 외부의 구조

많은 세포들은 세포막 바깥에 전체적으로 또는 부분적으로 존재하는 구조들을 가지고 있다. 이러한 구조들은 반투과성 세포막에 의해 외부 환경으로부터 보호되지 않기 때문에 주목할 만하다. 이러한 구조를 형성하려면 세포 외로 배출하는 과정을 통해 구성 요소들이 세포막을 가로질러 운반되어야 한다.

4. 1. 세포벽

4. 2. 원핵세포

• 세포피막: 세포를 둘러싸고 있는데, 일반적으로 세포벽으로 둘러싸인 세포막으로 이루어져 있다. 대부분의 원핵생물들은 세포막과 세포벽을 가지고 있지만, 미코플라스마(세균)와 테르모플라스마(고균)와 같이 세포막만 가지고 있는 예외도 있다. 세포피막은 세포에 강성을 부여하고, 세포의 내부를 외부환경으로부터 분리하는 보호 필터 역할을 한다. 세균의 세포벽 성분은 펩티도글리칸이며, 외력에 대한 추가적인 장벽으로 역할을 한다. 세균의 세포벽은 저장성 환경에서 삼투압으로 인해 세포가 팽창되고 파열(세포용해)되는 것을 방지한다. 일부 진핵세포(식물 세포 및 균류)들도 세포벽을 가지고 있다.
• 세포질: 세포의 내부에는 게놈(DNA), 리보솜 및 다양한 종류의 생체분자를 가지고 있는 세포질이 있다.^[124] 유전 물질은 세포질에서 발견된다. 원핵생물은 일반적으로 염색체 외에도 플라스미드라고 하는 작은 원형 DNA를 가지고 있다. 세균은 보통 원형 플라스미드를 가지나 선형 플라스미드를 가지고 있는 세균들도 있는데, 여러 종의 스피로헤타 세균에서 선형 플라스미드를 가지고 있는 종류들이 확인되었으며, 특히 라임병을 일으키는 보렐리아 부르그도르페리(''Borrelia burgdorferi'')와 같은 보렐리아속의 세균들을 포함한다.^[125] 원핵세포는 세포핵이 없지만, DNA는 핵양체에 응축되어 있다. 플라스미드는 항생제 저항성 유전자와 같은 추가적인 유전자를 가지기도 한다.
• 편모와 선모: 세포 표면의 바깥쪽에는 편모와 선모가 있다. (모든 원핵세포에 존재하지는 않음)

4. 2. 1. 협막

4. 2. 2. 편모

4. 2. 3. 선모

5. 세포 내 과정

세포는 생명체의 기본 단위로서, 다양한 생명 현상을 수행하기 위해 복잡한 내부 과정을 거친다. 이러한 과정들은 크게 원핵세포와 진핵세포에서 다르게 나타난다.

원핵세포는 세포핵이 없고, DNA가 세포질 내 핵양체에 존재하는 단순한 구조를 가진다. 반면, 진핵세포는 막으로 둘러싸인 세포핵과 다양한 세포소기관을 가지는 복잡한 구조를 가진다. 원핵세포와 진핵세포의 구조적 차이로 인해 세포 내에서 일어나는 과정에도 차이가 발생한다.

원핵세포는 세포막과 세포벽으로 둘러싸여 있으며, 일부는 협막이라는 추가적인 층을 가지기도 한다. 세포 내부에는 DNA, 리보솜, 다양한 생체분자들이 세포질에 존재한다. 또한, 플라스미드라는 별도의 원형 DNA를 가지기도 하며, 이는 항생제 저항성과 같은 유전자를 포함할 수 있다. 세포 표면에는 편모나 선모와 같은 운동 기관이 존재하여 세포의 이동과 소통을 돕는다.^[123]

5. 1. 복제

5. 2. 생장 및 물질대사

5. 3. 단백질 합성

5. 4. 운동성

6. 다세포화

다세포 생물은 한 개 이상의 세포로 구성된 생물이다. 동물, 식물, 균류 등 많은 진핵생물 그룹이 다세포 생물이다. 인체에는 약 37조 개의 세포가 있다고 추정되었으나, 최근 연구에서는 이 수치가 약 30조 개(남성 약 36조 개, 여성 약 28조 개)로 추정된다.^[8]

6. 1. 세포 분화

6. 2. 다세포성의 기원

7. 세포의 기원

세포의 기원은 지구 상의 생명체 역사의 시작인 생명의 기원과 밀접하게 관련되어 있다.

최초의 세포는 RNA가 유전 정보를 저장하고 화학 반응을 촉매하는 역할을 했던 RNA 세계에서 비롯되었을 것으로 추정된다. 초기 세포막은 인지질로 구성되어 물에서 자발적으로 소포를 형성했을 것으로 보인다.

진핵세포는 원핵세포들의 세포 내 공생을 통해 진화했다. 특히 미토콘드리아와 엽록체는 자체적인 DNA와 리보솜을 가진 독립적인 세균이 진핵세포 내로 들어온 것으로 추정된다.

7. 1. 최초의 세포의 기원

7. 2. 진핵세포의 기원

8. 세포 연구의 역사

• 1632~1723년: 안톤 판 레이우엔훅은 렌즈를 직접 제작하여 기본적인 광학 현미경을 만들었고, 종벌레와 같은 원생동물과 자신의 입 안에 있는 세균 등을 관찰하였다.^[112]
• 1665년: 로버트 훅은 코르크에서 세포를 발견했고, 이후 현미경을 사용하여 살아있는 식물 조직에서 세포를 관찰하였다. 훅은 자신의 저서 《현미경화(Micrographia)》^[147]에서 세포(cell)라는 용어(라틴어 "cella"에서 유래, "작은 방"^[148]을 의미)를 만들었다.

• 1839년: 테오도어 슈반^[114]과 마티아스 야코프 슐라이덴은 식물과 동물이 세포로 이루어져 있다는 원리를 설명하고, 세포가 모든 생물의 구조적 단위일 뿐만 아니라 생명 활동이 일어나는 기능적 단위라는 세포설을 제창하였다.
• 1855년: 루돌프 피르호는 세포는 기존의 살아있는 세포로부터만 만들어진다라고 주장하여 세포설을 완성하고, 일반화시켰다.
• 1931년: 에른스트 루스카는 베를린 훔볼트 대학교에서 최초의 투과 전자 현미경(TEM)을 제작했다.^[115] 1935년까지 루스카는 광학 현미경의 두 배의 해상도로 전자 현미경을 만들어 이전에는 관찰할 수 없었던 세포소기관들을 밝혀냈다.
• 1981년: 린 마굴리스는 독립적으로 생활하던 세균이 숙주세포와 공생하다가 진핵세포의 세포소기관으로 분화되었다는 가설인 세포 내 공생설을 발표했다.^[116]

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