케이지

현대적 개념에 따르면, 각 세포는 생명의 보편적인 구조적, 기능적 단위입니다. 모든 생명체의 세포는 유사한 구조를 가지고 있으며, 세포는 분열을 통해서만 증식합니다.

세포(cellula)는 생명체의 기본적인 질서 있는 단위입니다. 세포는 인식, 신진대사 및 에너지 생성, 생식, 성장 및 재생, 그리고 변화하는 내외부 환경에 적응하는 기능을 수행합니다. 세포는 모양, 구조, 화학적 조성, 그리고 기능이 다양합니다. 인체에는 편평형, 구형, 난형, 정육면체형, 각기둥형, 피라미드형, 별형 세포가 있습니다. 크기는 수 마이크로미터(작은 림프구)부터 200 마이크로미터(난자)까지 다양합니다.

각 세포의 내용물은 세포막(plasmolemma)에 의해 주변 환경 및 이웃 세포와 분리되어 있으며, 이는 세포와 세포외 환경의 관계를 유지합니다. 세포막 내부에 위치한 세포의 구성 요소는 핵과 세포질이며, 세포질은 유리질(hyaloplasm)과 세포소기관, 그리고 세포 내 봉입체로 구성됩니다.

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세포막

세포막(cytolemma) 또는 원형질막(plasmelma)은 두께 9~10nm의 세포막입니다. 세포 분열과 보호 기능을 수행하며, 수용체(수용체)를 통해 환경의 영향을 감지합니다. 교환 및 수송 기능을 수행하는 세포막은 세포 주변 환경의 다양한 분자(입자)를 세포 내부로, 그리고 반대 방향으로 전달합니다. 세포 내부로의 전달 과정을 세포 내포작용(endocytosis)이라고 합니다. 세포 내포작용은 식세포작용(phagocytosis)과 음세포작용(pinocytosis)으로 나뉩니다. 식세포작용에서 세포는 큰 입자(죽은 세포, 미생물 입자)를 포획하고 흡수합니다. 음세포작용에서 세포막은 돌기를 형성하고, 이 돌기가 소포(vesicle)로 변하는데, 이 소포는 조직액에 용해되거나 부유하는 작은 입자들을 포함합니다. 음세포작용 소포는 그 안에 있는 입자들을 세포 안으로 섞습니다.

세포막은 세포에서 물질을 제거하는 작용, 즉 세포외 배출에도 관여합니다. 세포외 배출은 소포(vesicle)와 액포(vacuole)의 도움으로 이루어지며, 세포에서 제거된 물질은 먼저 세포막으로 이동합니다. 소포막이 세포막과 합쳐지면, 그 내용물이 세포외 환경으로 빠져나갑니다.

수용체 기능은 당지질과 당단백질의 도움을 받아 세포막 표면에서 수행되는데, 당지질과 당단백질은 화학 물질과 물리적 요인을 인식할 수 있습니다. 세포 수용체는 호르몬, 매개체 등과 같은 생물학적 활성 물질을 구별할 수 있습니다. 세포막의 수용체는 세포 간 상호작용에서 가장 중요한 연결 고리입니다.

반투과성 생체막인 세포막은 외막, 중간막, 내막의 세 층으로 구분됩니다. 세포막의 외막과 내막은 각각 약 2.5nm 두께로 전자 밀도가 높은 지질 이중층(이중층)을 형성합니다. 이 두 층 사이에는 지질 분자로 이루어진 전자-빛 소수성 영역이 있으며, 그 두께는 약 3nm입니다. 지질 이중층의 각 단층마다 서로 다른 지질이 존재합니다. 외막에는 시토크롬(당지질)이 있으며, 탄수화물 사슬은 바깥쪽으로 향하고 있습니다. 세포질을 향하는 내막에는 콜레스테롤 분자와 ATP 합성효소가 있습니다. 단백질 분자는 세포막 두께에 위치합니다. 일부 단백질(내장 단백질 또는 막관통 단백질)은 세포막 두께 전체를 통과합니다. 다른 단백질(말초 단백질 또는 외막 단백질)은 막의 내막 또는 외막에 위치합니다. 막 단백질은 다양한 기능을 수행합니다. 일부는 수용체, 다른 단백질은 효소, 그리고 다른 단백질은 운반 기능을 수행하여 다양한 물질의 운반체 역할을 합니다.

세포막의 바깥 표면은 7.5~200nm 두께의 얇은 섬유질 당단백질층으로 덮여 있습니다. 당단백질은 당지질, 당단백질, 그리고 기타 탄수화물 화합물의 측면 탄수화물 사슬에 의해 형성됩니다. 다당류 형태의 탄수화물은 세포막의 지질과 단백질에 의해 연결된 분지 사슬을 형성합니다.

일부 세포 표면의 세포막은 미세융모, 섬모, 세포 간 연결부 등 특수한 구조를 형성합니다.

미세융모(microvilli)는 길이 최대 1~2µm, 지름 최대 0.1µm입니다. 세포막(cytolemma)으로 덮인 손가락 모양의 돌기입니다. 미세융모의 중앙에는 평행한 액틴 필라멘트 다발이 미세융모 꼭대기와 측면의 세포막에 붙어 있습니다. 미세융모는 세포의 자유 표면을 넓힙니다. 백혈구와 결합 조직 세포에서는 미세융모가 짧고, 장 상피에서는 길며, 매우 많은 수로 소위 솔가장자리(brush border)를 형성합니다. 액틴 필라멘트 덕분에 미세융모는 이동성을 갖습니다.

섬모와 편모도 이동하며, 진자 모양, 파동 모양입니다. 호흡기, 정관, 나팔관의 섬모 상피의 자유 표면은 길이 5~15μm, 지름 0.15~0.25μm의 섬모로 덮여 있습니다. 각 섬모의 중앙에는 축사(축사)가 있는데, 축사는 서로 연결된 9개의 말초 이중 미세소관으로 이루어져 있으며, 축사를 둘러싸고 있습니다. 미세소관의 시작(근위) 부분은 세포질에 위치한 기저체 형태로 끝나며, 역시 미세소관으로 구성됩니다. 편모는 섬모와 구조가 유사하며, 미세소관이 서로 미끄러지면서 조화로운 진동 운동을 합니다.

세포막은 세포 간 연결 형성에 관여합니다.

세포간 접합은 세포들이 서로 접촉하는 지점에서 형성되어 세포 간 상호작용을 제공합니다. 이러한 접합(접촉)은 단순 접합, 치상 접합, 조밀 접합으로 나뉩니다. 단순 접합은 이웃 세포의 세포막(세포간 공간)이 15~20nm 간격으로 모이는 곳입니다. 치상 접합에서는 한 세포 세포막의 돌출부(치아)가 다른 세포의 치아 사이로 들어갑니다(쐐기 모양). 세포막의 돌출부가 길고 다른 세포의 동일한 돌출부 사이로 깊게 들어가면 이러한 접합을 손가락 모양(끼임 접합)이라고 합니다.

특수하게 밀집된 세포간 접합부에서는 이웃 세포의 세포막이 매우 가까워 서로 합쳐집니다. 이로 인해 분자가 통과하지 못하는 소위 차단 영역이 형성됩니다. 세포막의 밀집된 연결이 제한된 영역에서 발생하면 접착 지점(데스모솜)이 형성됩니다. 데스모솜은 직경이 최대 1.5μm에 달하는 고전자 밀도 영역으로, 한 세포를 다른 세포와 기계적으로 연결하는 기능을 합니다. 이러한 접촉은 상피 세포 사이에서 더 흔하게 발생합니다.

길이가 2~3µm에 달하는 틈새 모양의 연결부(넥서스)도 있습니다. 이러한 연결부에서 세포막은 서로 2~3nm 간격으로 떨어져 있습니다. 이온과 분자는 이러한 연결부를 쉽게 통과합니다. 따라서 넥서스는 전도 연결부라고도 합니다. 예를 들어, 심근에서는 넥서스를 통해 한 심근세포에서 다른 심근세포로 자극이 전달됩니다.

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히알로플라스마

히알로플라스마(hyaloplasma; 그리스어 'hyalinos'에서 유래, '투명한'을 의미)는 세포질 전체 부피의 약 53~55%를 차지하며, 복잡한 구성의 균질한 덩어리를 형성합니다. 히알로플라스마는 단백질, 다당류, 핵산, 그리고 효소를 함유하고 있습니다. 리보솜의 작용으로 히알로플라스마에서 단백질이 합성되고, 다양한 중간 교환 반응이 일어납니다. 또한 히알로플라스마는 세포소기관, 포함체, 그리고 세포핵을 함유하고 있습니다.

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세포 소기관

세포소기관(organellae)은 모든 세포에 필수적인 미세구조로, 특정한 생명 기능을 수행합니다. 막형 세포소기관과 비막형 세포소기관으로 구분됩니다. 막형 세포소기관은 주변의 히알로플라스마와 막으로 분리되어 있으며, 소포체, 내망 장치(골지체), 리소좀, 퍼옥시좀, 미토콘드리아를 포함합니다.

세포의 막 소기관

모든 막 소기관은 기본 막으로 구성되어 있으며, 그 구성 원리는 세포막의 구조와 유사합니다. 세포생리학적 과정은 막의 지속적인 접착, 융합, 분리와 관련이 있지만, 위상적으로 동일한 막 단층끼리만 접착하고 결합할 수 있습니다. 따라서 유리질막을 마주하는 모든 소기관 막의 바깥층은 세포막의 안쪽 층과 동일하며, 소기관의 공동을 마주하는 안쪽 층은 세포막의 바깥쪽 층과 유사합니다.

세포의 막 소기관

세포의 비막 세포소기관

세포의 비막 세포소기관에는 중심소체, 미세소관, 필라멘트, 리보솜, 폴리솜이 포함됩니다.

세포의 비막 세포소기관

세포 내 물질 및 세포막의 운반

물질은 세포막에 싸여 세포 내부를 순환합니다("용기 내 세포 내용물의 이동"). 물질의 분류 및 이동은 골지체 막에 존재하는 특수 수용체 단백질과 관련이 있습니다. 세포막(세포막)을 포함한 막을 통한 수송은 살아있는 세포의 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 수송에는 수동 수송과 능동 수송, 두 가지 유형이 있습니다. 수동 수송은 에너지 소비를 필요로 하지 않는 반면, 능동 수송은 에너지 의존적입니다.

세포 내 물질 및 세포막의 운반

세포핵

핵(s. karyon)은 적혈구와 혈소판을 제외한 모든 인간 세포에 존재합니다. 핵의 기능은 유전 정보를 저장하고 새로운 (딸) 세포에 전달하는 것입니다. 이러한 기능은 핵 내 DNA의 존재와 관련이 있습니다. 단백질(리보핵산 RNA와 리보솜 물질)의 합성 또한 핵에서 일어납니다.

세포핵

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세포 분열. 세포 주기

생물의 성장은 분열을 통해 세포 수가 증가함에 따라 발생합니다. 인체의 주요 세포 분열 방식은 유사 분열과 감수 분열입니다. 이러한 세포 분열 과정에서 발생하는 과정은 동일한 방식으로 진행되지만 결과는 다릅니다.

세포 분열: 세포 주기

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