세포기관

지구상의 모든 세포들은 내부의 특정한 세포구조의 유무에 따라 원핵세포(prokaryotic cell)과 진핵세포(Eukaryotic cell)로 나눈다. 원핵세포와 진핵세포의 가장 큰 차이는 세포 내부의 특정한 구획으로 나누어져서 특수한 기능성을 지닌 각각의 하부 세포 구성요소들의 존재 유무이다. 이러한 세포 구성요소들을 통칭하여 세포기관(Organelles)이라고 하며 진핵세포에만 존재한다. 이러한 세포기관들은 세포핵을 제외한 세포 내부를 채우고 있는 세포질(cytoplasm)에 각각의 세포막으로 구획되어서 적절히 위치하고 있다. 또한 이러한 세포기관들 중 엽록체(Chloplast)와 미토콘드리아(Mitocondria)는 세포의 DNA와 별도로 자체적인 DNA를 보유하고 있어서, 과학자들은 진화의 과정에서 세포가 다른 세포들을 내부에 공생시키는 과정에서 기원했을 수도 있다는 내부공생설(Endosymbiotic theory)을 가설로 제시하기도 한다. 하단에는 주요 세포 기관들에 대한 요약이다.

출처: GettyimagesKorea

목차

진핵세포는 이중막인 핵막으로 둘러싸인 구형의 세포핵을 보유하고 있다. 세포핵은 유전체를 가지고 있어서 세포의 기능에서 유전 정보의 원천으로 중요한 역할을 수행한다. DNA 복제와 mRNA합성이 세포핵에서 이루어진다. 특히 합성된 mRNA는 세포핵 외부의 세포질로 이동하여 단백질로 번역(Translation)되게 되는데 이를 위하여 세포핵에서 세포질로 이동하여야 한다. 이러한 이동은 핵막에 있는 핵공을 통하여 이루어지는데, 핵공은 핵의 내외부로의 물질 운반을 가능하게 한다.

리보솜은 진핵세포 및 원핵세포 모두에서 발견된다. 리보솜은 세포핵에서 만들어져서 핵공을 통하여 세포질로 이동한다. 리보솜은 mRNA에 있는 유전정보들을 아미노산으로 번역하는 단백질 합성의 중요한 역할을 수행한다.

미토콘드리아 (출처: GettyimagesKorea)

미토콘드리아는 ATP 에너지를 생산하는 과정인 세포호흡을 담당한다. 내막과 외막의 두 개의 막으로 둘러싸여 있으며 외막과 내막은 기능이 다르다. 특히 내부에 접혀져 있는 형태의 내막은 세포호흡에 관여하는 많은 단백질들을 보유하고 있다. 미토콘드리아 내막 내부를 기질이라고 한다. 세포질의 해당과정에서 생성된 피루브산이 미토콘드리아 내막에서 기질로 이동하면서 TCA 회로(Tricarboxylic acid cycle 또는 Krebs 회로)로 들어가면서 세포호흡이 시작되게 된다. TCA 회로 이후의 전자전달계(electron transport and ATP synthesis)의 경우는 미토콘드리아 내막에서 일어난다. 미토콘드리아는 자체 DNA를 보유하고 있다. 이러한 미토콘리아 DNA는 대부분 모계를 통하여 유전되기 때문에 집단유전학이나 진화를 연구하는데 중요한 자료를 제공해 준다.

엽록체 (출처: GettyimagesKorea)

진핵생물에서 태양에너지를 이용하여 이산화탄소와 물을 당으로 전환하는 경이로운 과정인 광합성을 담당하는 세포기관으로 독자적인 DNA를 보유하고 있다. 엽록체는 광학현미경 관찰 시 녹색을 띠어서 다른 세포기관들과 쉽게 구분이 된다. 광합성을 수행하는 식물 및 해조류, 미세조류(Microalgae) 등이 보유하고 있고, 동물세포에는 존재하지 않는다. 엽록체는 외막과 내막의 이중막으로 구성되어 있으며, 내부에는 스트로마라고 하는 액체물질 및 틸라코이드라고 불리는 편판 형태의 구성물이 존재한다. 틸라코이드가 여러 개 포개져서 그라나를 형성한다.

소포체 (출처: GettyimagesKorea)

소포체는 핵 인근에 존재하며 핵으로부터 세포질로 뻗어있는 막으로 된 네트워크 구조물이다. 소포체는 그 표면에 리보솜이 붙어 있는 조면소포체와 리보솜이 없는 활면소포체로 나뉜다. 조면소포체는 합성된 단백질들을 세포 내부나 외부로 분비하거나 세포막의 일부분이 되게 하는 단백질 수송 및 구조 형성 등에 중요한 역할을 담당한다. 조면소포체에서부터 배출된 대부분의 단백질은 소포(vesicle)의 형태로 골지체로 이동한다. 활면소포체의 경우는 유해한 독성 물질 제거나 여러 지질, 지방산, 호르몬 등의 합성 및 탄수화물 대사, 칼슘저장 등의 역할을 수행한다.

골지체 (출처: GettyimagesKorea)

골지체는 골지체를 1898년에 처음 발견한 이탈리아의 과학자 카밀로 골지(Camillo Golgi)의 이름으로부터 명명되었다. 골지체는 층층이 접히고 쌓인 세포막 형태를 띠고 있으며, 세포 내부의 물질들을 분류하여 적절한 위치로 내보내는 탁송센터와 같은 일을 수행한다. 예를 들면, 조면소포체로부터 운송되어온 대부분의 소포(vesicle)들은 골지체를 거쳐서 수정 및 변형, 가공, 분류된 후 새로운 소포(vesicle)로 포장되어서 적절한 목적지로 보내진다. 골지체는 또한 리소좀 및 소화와 관계된 세포기관을 만드는 역할도 수행한다.

진핵생물에서 리소좀은 불필요한 단백질, 탄수화물, 지질이나 대사체 등을 분해하는 청소 담당 세포기관이다. 단층의 막으로 쌓여 있으며 분해 할 수 있는 다량의 소화효소를 함유하고 있다.

중심소체는 9개의 미세소관이 세 쌍으로 구성되어서 원통형 형태를 보인다. 대부분의 동물세포와 일부 균류와 조류(Algae)에서 발견되지만 식물에서는 일반적이지 않다. 중심소체가 담당하는 주요 역할은 세포분열 시에 염색체를 양쪽 방향으로 당겨서 분열시키는 염색체 이동에 관여한다.

최윤이/고려대학교, 남인현/한국지질자원연구원

차선신/이화여자대학교

Biology-Science for life with physiology, 저자 Colleen Belk & Virginia Borden Maier, 번역 김재근 외 4인, 3판