Transcript (제2장) 세포생리

제 2 장 세포생리
1. 세포의 구조
1) 원핵세포와 진핵세포
(1) 원핵세포 prokaryotic cell
① bacteria, blue green algae가 갖는 세포
② 세포질 내에 미토콘드리아, 골지체, 용해소체 등과 같은 막
구조물이 없다.
③ 핵과 세포기관이 미분화, 핵막이 없어 유전물질은 세포질 속에
분산
원핵세포의 구조
(2) 진핵세포 eukaryotic cell
① 세균과 남조류를 제외한 protozoa(원생동물)동식물의 세포
② 세포는 핵과 세포질의 두 부분으로 분화되어 막 구조물이 발달
되어 있다.
③ 유전물질은 핵막에 싸여 있고 세포질은 세포막이 싸고 있다.
2) 세포의 특징
(1) 세포는 살아 있는 생명체를 구성하는 형태적, 기능적으로 가장
작은 단위
(2) 단백질과 지질 이 중층으로 구성된 세포막으로 싸여 있음
(3) 유전물질로 DNA를 포함하고 있음
(4) 대부분의 세포는 단백질 합성기구 가지고 있음
(5) 에너지 전환장치를 가지고 있음(ATP형태로 저장)
2. 세포막
1) 세포막의 구성
(1) 지질 2중막 lipid bilayer : 인지질, 당지질, 콜레스테롤로 구성
① 인지질 phospholipid :세포막 구조의 기본 틀 형성, 유동성, 물질
이동 장벽
② 당지질 glycolipid : 항원, 면역반응 조절
③ 콜레스테롤 cholesterol : 유동성 조절(물질이동 속도)
④ 두께 : 7.5nm로 지질 이중막
(2) 단백질 : 지질 2중막 사이에 단백질 분자가 끼어 있는 모자이크 구조
① 표제성 단백질, 내제성 단백질, 관통 단백질로 구성
② 기능 : 고정(부착), 인지(면역), 효소, 운반체, 통로, 수용체 조절 인자
(3) 탄수화물
① 당지질 glycolipid 과 당 단백 glycoprotein 형태로 소량
② 기능 : 세포의 인식, 신호전달, 항원, 면역반응, 막 수용체 역할 등
2) 세포막의 기능
(1) 항상성 유지
(2) 세포의 원형 유지
(3) 흡수 및 배설 작용
(4) 막 전위 감수체
(5) Na+ - k+ 펌프 작용
(6) 에너지 운반계
(7) 신호 전달 인식 작용
2) 미토콘드리아 mitochondria
(1) 구조
① 내·외막의 이중막
② 크리스테cristae : 내막의 주름
③ 기질 matrix : 내막 안쪽의 공간
(2) 기능
① 세포 내 호흡생리 담당(cristae)
② TCA cycle, 전자 전달계
③ ATP 생산(세포 내 발전소)
④ 자가복제
3) 형질내세망(소포체) endoplasmic reticulum ; ER
(1) 단일 막의 관상 구조
(2) 과립(조면)형질내 세망
① 리보솜이 부착되어 세포 내 수송(물질이동 통로)
② 단백질 합성(효소, 핵산 등) 및 peptide호르몬 합성을 담당
(3) 무과립(활면)형질 내 세망
① 리보솜 없음
② 탄수화물, 지질 합성과 수송
③ 고환, 난소 및 부신피질에서 steroid hormone 합성
④ 간에서 해독작용
⑤ 근세포에서 Ca2+ 저장소-근형질 세망(SR)
세포핵, 소포체, 골지장치
(1) 세포핵 (2) 핵공 (3) 조면소포체 (4) 활면소포체 (5) 조면소포체상의 리보솜
(6) 운반된 단백질 (7) 운반 소포 (8) 골지장치 (9) 골지장치의 형성면
(10) 골지장치의 성숙면 (11) 골지장치의 Cisterna
4) 골지체 Golgi‘s apparatus : 분비성 세포에서 볼 수 있다.
(1) 구조 : 핵 주위에 산재하며 소포와 층판으로 구성
(2) 기능
① 형질 내 세망에서 합성된 물질의 농축과 배출 - 분비
세포에 많음
② 지질, 당류, 당단백질 합성
5) 용해소체 lysosome
(1) 구조 : 단일막으로 둘러싸인 둥근 모양의 구조물
(2) 기능 : 강력한 가수분해 소화효소를 함유
① 세포 내의 소화작용 담당, 자가용해 autolysis
② 세포의 방어작용(백혈구나 대식세포에 많다)
③ 골지체에서 생산
6) 리보솜 ribosome
(1) 구조
① 크고 작은 두 개의 단위체로 과립형 구조
② 주성분은 단백질(37%)과 RNA(67%)
(2) 기능 : mRNA가 전하는 유전정보에 따라 단백질 합성하는 장소
7) 과산화소체 peroxisome
(1) 구조 : 크기나 모양이 리소솜과 비슷한 구형의 막성기관
(2) 기능
① catalase 라는 효소가 있어 과산화수소(H2O2)를 물과 산소로
분해시킴
② 간(liver)과 신장(kidney)의 세포에 많음
8) 미세소관 microtubule
① 튜블린(tubulin)으로 구성된 긴 막대기 모양의 소관
② 세포골격 형성, 세포 내 물질의 이동에 관여함
③ 중심소체, 기저체, 섬모, 편모, 방추사 등의 기본구조가 됨
리보솜
리소좀 형성
9) 중심소체 centriole
① 9개의 미세소관이 환상으로 배열된 9+0 구조
② 방추사를 형성하여 염색체를 이동시킴
③ 세포분열시 가장 활발하게 움직이는 세포 소기관
④ 섬모나 편모를 형성하는 기저체(basal body), 중심체
(centrosome)형성
10) 미세사 microfilament
① 장원섬유, 근원섬유, 신경원섬유 등
② 세포의 골격, 구조 유지, 수축 및 운동에 관여함
③ actin 단백질이 나선상으로 중합
중심립
4. 핵
1) 핵 nucleus의 구성
(1) 핵막 nuclear membrane : 핵공을 가진 2겹의 반투과성막
(2) 핵인, 핵소체 nucleolus : 호염기성을 띄며 RNA와 단백질로 구성,
rRNA 합성
(3) 염색질 chromatin : DNA와 histon 단백질로 구성, 세포분열 시 염색체
가됨
(4) 핵질 nucleoplasm : 핵소체와 염색질을 제외한 부분으로 리보솜과 핵산,
핵 구성 물질의 합성에 필요한 분자들과 물로 이루어진 혼합물이다.
2) 핵의 주요 기능
(1) 대사 조절 센터
(2) 세포 분열 조절
(3) 단백질 합성 조절
(4) 유전인자의 정보센터
조면소포체
골지체
세포골격
동물세포
5. 핵산
핵산은 DNA(deoxyribonucleic acid)와 RNA(ribonucleic acid)의 두 종류
가 있으며, 이들은 nucleotide라는 구성 단위가 연결되어 형성된 복잡한
고분자 화합물이다.
1) nucleotide
(1) 핵산의 구성 단위이다.
(2) 염기 base, 5탄당 pentose, 인산 phospate 가 1:1:1로 결합
(3) DNA와 RNA의 구성 비교
구 성
DNA
RNA
인 산
H3PO4
H3PO4
5 탄당
purine
염기
pyrimidine
구 조
deoxyribose
ribose
adenine
adenine
guanine
guanine
cytosine
cytosine
cytosine
cytosine
thymine
uracil
2중 나선
단일 사슬
(4) DNA(deoxyribonucleic acid) 데옥시리보핵산
① 유전자의 본체이며, 유전 암호 간직하고 있다.
② 세포의 핵, 엽록체, 미토콘드리아에 있다.
(5) RNA(ribonucleic acid) 리보핵산
① DNA의 암호를 받아 정보를 전달하여 단백질 합성
② 세포의 핵소체(인), 리보소옴, 세포질에 있다.
2) nucleotide의 연결
(1) 한 nucleotide의 당과 다른 nucleotide의 인산과의 사이에 H2O가
빠지면서 연결
(2) RNA는 polynucleotide 사슬이 한 줄, 단일 사슬 구조
(3) DNA는 polynucleotide 사슬이 두줄, 2중 나선 구조
(4) 염기와 염기 사이에는 수소 결합
(5) 염기는 상보성 염기 간에 결합
(6) A와 T는 수소결합이 2개, G와 C는 수소결합이 3개
(7) DNA의 나선 1회전에 10쌍의 nucleotide
3) RNA의 종류
(1) rRNA ribosomal RNA : ribosome을 구성하는 RNA이 며, protein
의 합성장소
(2) mRNA messenger RNA : DNA에서 유전 정보를 받아 ribosome
까지 와서 특정 단백질을 합성하는 역할을 한다. DNA와 상보적인
염기 배열을 한다.
(3) tRNA transfer RNA : DNA에서 유전정보를 받아 amino acid를
ribosome까지 운반하여 mRNA에 전달하여 단백질을 합성하고
ribosome을 떠난다.
ⅰ) tRNA의 분자구조는 클로우버 잎 모양 3쪽에 a.a가 붙는다.
ⅱ) tRNA에서 mRNA와 결합하는 부위들 anticodon이라 한다.
ⅲ) tRNA는 세포질 내 20종 이상이 있고, tRNA는 종류마다 a.a이
다르다.
6. 단백질 합성
1) 단백질 합성 protein syntheis : DNA는 A.G.C.T의 4가지 염기로
된 nucleotide 의 화합물 DNA의 염기 배열이 유전 정보가 되어 단백
질을 합성 한다.
(1) DNA가 interphase에서 복제되어 양이 2배가 된다.
(2) DNA가 유전정보(염기 배열 순서)를 mRNA에 전사한다.
(3) mRNA가 핵공을 통해 세포질을 빠져 나와 ribosome에 이르러 결합
한다.
(4) 세포질 속에 있는 a.a는 a.a활성화 효소의 작용에 의해 특정한 tRNA
와 결합.
(5) tRNA는 ribosome으로 와서 자신의 염기배열(anticodon)에 상보적
mRNA의 codon을 찾아 결합한다.
(6) tRNA에 실려 온 아미노산끼리 peptide 결합을 해서 polypeptide
사슬
(7) tRNA는 ribosome을 떠난다.
(8) tRNA는 mRNA의 codon을 해독하여 그 암호대로 a.a를 운반하므로
결국 DNA가 내린 지령대로 단백질이 합성된다.
단백질 합성
DNA 분자는 RNA 분자에 비해 길다.
DNA는 자연적인 분해나 효소에 의한 분해에 잘 견디며,
손상되더라도 반대사슬이 상보적 정보를 가지고 있기 때문에 회복 가능.
RNA는 -OH기를 하나 더 가지고 있기 때문에 반응성이 더 크고 회복 또한
불가능하다.
DNA는 단 한 가지 형태뿐이지만 RNA에는 기능이 서로 다른
몇 가지 종류의 분자 가 있다.
※ 유전자 정보의 흐름
-진단-살인자 추적에 이용되는 유전공학 : DNA분석을 통한 유전병 감지
-유전자치환 치료법
2) 유전 정보의 전달
복제
DNA →
전사
번역(해독)
DNA → mRNA →
Ribosome → 단백질
3) 유전 암호
(1) triplet code or code : DNA의 염기 3개가 한조가 되어 이
것이 아미노산을 지정함으로써 전달된다. 이 때, 3개의
염기 배열 순서를 DNA의 유전 암호라 한다.
(2) codon : mRNA의 암호로 3개의 염기 순서로 나타내며
이것이 하나의 정해진 a.a를 지정한다. (64가지) 43 = 64
(3) anticodon : tRNA에서 mRNA와 결합 부위로 이 염기는
mRNA의 codon과 상보적으로 결합된다.
7. 세포주기
1) 간기 interphase
(1) 핵산과 단백질의 합성시기, DNA 복제기
(2) 구분
① G1 : DNA 합성전기 : 유사분열 다음에 일어나며 mRNA 등의
합성 시기
② S : DNA 합성기 : DNA의 복제와 성장, 그 양이 두 배가 되고
간기 중 가장 김
③ G2 : DNA 합성후기 : 방추사 형성을 위한 단백질 합성 시기,
핵분열 준비기
2) 세포 분열기 mitotic phase
(1) 핵과 세포질이 둘로 나누어지는 시기
(2) M ; 유사 분열기 : 전기 → 중기 → 후기 → 말기
8. 세포분열 cell divisoin
1) 유사분열 mitosis : 체세포의 분열
(1) 전기 prophase
① 핵막과 인이 소실됨
② 염색질은 염색체로 변함
③ 중심소체는 방추사를 형성함
* ④ 소요시간이 가장 김
(2) 중기 metaphase
① 염색체가 적도면에 일직선으로 배열
* ② 단성 monaster형성
③ 염색체가 적도면에 배열되어 관찰이 용이
④ 방추사가 염색체의 동원체에 부착
(3) 후기 anaphase
① 염색체가 양극으로 이동함
* ② 양성 diaster 형성
③ 염색체가 염색분체로 분리됨
④ 세포체가 분열되기 시작함
(4) 말기 telophase
① 핵막과 인이 다시 나타남
② 염색체는 염색질로 변함
③ 2개의 딸 핵 형성
세포주기cell cycle - 생장, 복제, 분열
2) 감수분열 meiosis :생식 세포의 분열
(A) 감수 1분열(이형 분열) : 간기에 DNA를 복제 후 핵분열로 들어 간다.
염색체수가 반으로 줄어든다(2n→n)
(1) 전기 prophase
① 상동염색체가 접착해서 2가 염색체를 구성하고 다시 4분 염색체가
된다.
② 핵막과 인이 소실되고 방추사 형성
* 2가 염색체 : 상동염색체가 옆으로 접착된 것
* 4분 염색체 : 2가 염색체가 종열되어 4개의 분체가 된다. 이 시기에
서로 교차가 일어나 유전자의 교환이 일어난다.
(2) 중기 metaphase
① 4분 염색체가 적도상에 배열
② 방추사가 상동 염색체의 동원체에 부착
(3) 후기 anaphase
① 4분 염색체가 둘로 갈라져 양극으로 이동함
② 염색체수가 반으로 줄어든다.
(4) 말기 telophase
① 핵막이 다시 나타남
② 반수(n)의 염색체를 갖는 2개의 딸핵 형성 염색체는
염색질로 변함
양극으로 이동
간 -중심립이
-염색사가 염색체로 응축
기 -DNA량이 두배로 증가
-핵막과 인이 소실
전 -중심립으로 부터 방추사가 형성. 중
적도면으로 이동하기
기 -염색체가
기
시작.
수축(안테나 모양)하 말 -염색체가 사라지고 핵막과 인이
후 -방추사가
여 두 개의 염색 분체가 분리되어
다시 나타나면서 두개의 딸핵이
기 양극으로 이동.
기 형성된 후 세포질이 분열된다
-염색체가 세포 중앙에 일렬로 배열.
-방추사가 염색체의 동원체에 결합.
-염색체의 관찰이 가장 좋은 시기
세
-동물세포:세포막이 안쪽으로 함
포 입되면서
세포질 분열.
세포의 중앙에서
질 -식물세포는
세포판이 바깥쪽으로 커지면서
분 세포질 분열.
열
감수분열 I - 제 1 감수분열
(B) 감수 2분열(동형 분열) : 염색체수에 변화가 없다. (n→n)
(1) 전기 prophase
① 핵막과 인이 소실되고 염색체는 적도면으로 이동
② 각 염색체는 2개의 염색 분체를 만든다.
(2) 중기 metaphase
① 염색체가 적도면에 배열
② 방추사가 상동 염색체의 동원체에 부착
(3) 후기 anaphase
① 염색 분체가 둘로 갈라져 양극으로 이동함
② 염색체수가 줄어들지 않는다.
(4) 말기 telophase
① 염색체는 염색사로 되고 핵막이 다시 나타남
② 4개의 딸 핵 형성되고 세포질이 분열된다.
* 정자의 감수분열 순서,( )안은 DNA량
정조세포, 2n(2) → 1차 정모세포, 2n(4) → 2차 정모세포, n(2)
→ 정세포, n(1)
제 1 감수분열에서 불균등 분열에
의해 극체와 제 2 난모세포 형성 →
수정 후 또 한 번 불균등 분열에
의해 두 번째의 극체 형성
9. 세포막을 통한 물질의 이동
1) 수동 수송 passive transport : 에너지(ATP)가 필요 없는 과정
(1) 확산 diffusion
① 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동되는 현상
② 확산속도 : 거리에 반비례(이동거리는 시간의 제곱근에 비례)
③ 확산 촉진 요인
a. 농도경사가 클 때
c. 지질 용해성이 높을 때
e. 온도가 높을 때
b. 분자의 직경이 작을 때
d. 확산거리가 짧을 때
f. 전기력이 반대일 때
④ 예: 폐포의 가스교환, 태반의 물질교환 등
유동모자이크 모델
(2) 촉진확산 facilitated diffusion : 물질의 수송에 단백질이
필요한 경우
① 운반체(단백질) 매개이동(carrier mediated transport)
② 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하며, 에너지를
소모하지 않음
③ 예 : glucose, amino acid의 세포 내 이동
(3) 단순확산 simple diffusion :
① 단백질 채널은 선택적으로 열리고 닫힘
② 지질 용해성 물질 투과
③ 작은 수용성 물질
ㆍ세포를 저장액(hypotonic)에 넣으면 물의 과도한 유입으로 터짐(동물세포)
* 나트륨 / 칼륨 이온 교환 펌프(sodium/potassium ion exchange pump)
: 칼륨을 세포내로, 나트륨을 세포 밖으로 이동시킴 동물세포의 경우 ATP 에너지의 1/3을, 신경세포 에서는 2/3를 소모
(4) 삼투 osmosis
① 용질 농도가 높은 곳으로 용매(물)의
이동 현상(용매의 확산)
② 삼투압은 용질의 종류, 크기와는 무관
하고 용질 개수에만 비례
③ 생리적 식염수(등장액) : 0.9% NaCl
④ 혈장 교질 삼투압 : 단백질이 통과하지
못하여 생기는 낮은 삼투압
⑤ 예 : 적혈구의 용혈현상(저장액),
정상(등장액), 원형질 분리(고장액)
osmosis
삼투현상과 세포
(5) 여과 filtration
① 정수압 차이에 의한 용매와 용질의 이동
② 예 : 림프 생산, 신소체의 오줌 생산
2) 능동 수송 active transport : 에너지(ATP)가 필요한 과정
(1) 능동적 운반
① 운반체 매개이동(carrier mediated transport)
② 농도나 전기적 경사에 역행하여 일어나는 물질의 이동현상
③ 구분
a. 제1 능동적 수송 primary active transport
* 전기화학적 경사에 역행하여 이동됨
* 직접적인 ATP 이용
* 예 : Na+ - k+ pump, Ca2+ ATPase, k+ - H+ ATPase
b. 제2 능동적 수송 secondary active transport
* Na+의 전기화학적 경사에 따른 이동이 다른 물질의 전기화학적
경사에 역행하여 이동 되는 에너지원이 됨
* 직접적인 ATP 사용 없음 - Na+의 농도경사에 의한 간접적인
에너지 이용
* 공동운반(cotransport) : Na+ - glucose, Na+ - K+ - Cl* 대항운반(counter transport) : Ca2+ - Na+교환, Na+ - H+ 교환
3) 용적 운반
endocytosis
exocytosis
(1) 세포내 이입 endocytosis
① phagocytosis (cell eating) : 식세포 작용, 고형 물질을 삼키는 방식
ex) 세균을 백혈구가 먹는 방식
② pinocytosis (cell drinking) : 음세포 작용, 액성 물질을 삼키는 방식
ex) 효소, 호르몬, 항체 등 작은 물질이 이동, 모세혈관 벽의 세포
(2) 세포외 유출 exocytosis : 토세포 작용
ex) 내분비선, 소화선의 물질이 분비 소낭에 싸여 세포 밖으로 이동
10. 체액 및 환경
1) 체액의 구분
(1) 세포내액 intracelluar fluid(ICF)
① 우리 몸을 구성하는 세포내의 액체를 총칭
② 체중의 약 40%를 차지하는데 유기물질이 대부분
② 전해질이 있어 수분평형 조절, 능동적운반, 삼투작용, 산, 염기 평형
조절 등
③ 영양물질과 다량의 O2가 있어 영양물질을 산화하는데 이용
④ 이때 생기는 CO2는 확산에 의해 세포막을 빠져 세포외액으로 나간다.
(2) 세포외액 extracellular fluid(ECF)
① 세포외액은 체중의 약 20%를 차지한다.
② 산소는 외액에 약간 많고 탄산가스는 내액에 약간 많은 편이다.
④ 간질액(조직액) : 세포와 세포사이에 존재하며, 체중의 약 15% 차지
⑤ 혈장 plasma : 혈액의 액체 성분으로 체중의 약 5% 차지
(3) 모세혈관에서 액체 이동
① 액압 (혈압) fluid pressure(FP) : 모세혈관의 혈액의 압력.
a. 심장이 수축력으로 혈액을 모세혈관 밖으로 여과시키는 힘.
b. 소 동맥단 arteriole = 35mmHg, 소 정맥단 venule = 15mmHg
② 혈장 교질 삼투압 plasma colloidal osmotic pressure (PCOP)
a. 모세 혈관 막이 혈장 내에 있는 단백질 분자를 통과시키지 못하므로
생기는 압.
b. 혈장단백질의 교질 삼투압. 25 mmHg
③ 조직 압 tissue pressure(TP) : 세포사이에 있는 조직액이 갖는 압력
a. 조직액을 모세혈관 내로 밀어 넣는 힘. 2 mmHg
④ 조직 교질 삼투압 tissue colloidal osmotic pressure(TCOP)
a. 조직내의 단백질이 있어 모세혈관 내의 액체를 조직으로 밀어내는
힘 2mmHg
(4) 부종 edema : 세포 외액이 비정상적으로 다량 축적 된다.
① 모세혈관 내 액압이 상승하거나 조직 압이 상승
② 혈장단백질의 감소 : 혈장 내 단백질량의 감소로
저 단백혈증 hypoproteinemia
③ 모세혈관의 투과성 증가 : 벌독이나 독성물질의 작용
④ 림프관의 폐쇄 : 조직 내 액체가 증가하는 경우
⑤ 기타 : 상피병 elephantiasis, 필라리아시스가 림프관을
폐쇄시켜 부종 야기
감사합니다.