세포의 막 소기관

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.

소포체(reticulum endoplasmaticum)는 물탱크, 세관, 그리고 납작한 주머니들로 이루어진 단일 연속 구조입니다. 전자현미경 사진은 과립형(거친, 과립형) 소포체와 비과립형(매끈, 무과립형) 소포체를 구분합니다. 과립형 소포체의 바깥쪽은 리보솜으로 덮여 있는 반면, 비과립형 소포체에는 리보솜이 없습니다. 과립형 소포체는 리보솜을 통해 단백질을 합성하고 운반합니다. 비과립형 소포체는 지질과 탄수화물을 합성하고 그 대사에 참여합니다(예: 부신 피질과 고환의 라이디히 세포(지질세포)에서 스테로이드 호르몬 생성; 간세포에서 글리코겐 생성). 소포체의 가장 중요한 기능 중 하나는 모든 세포 소기관을 위한 막 단백질과 지질을 합성하는 것입니다.

내부 망상체 또는 골지체 복합체(apparatus reticularis internus)는 생체막으로 둘러싸인 주머니, 소포, 물탱크, 관, 판의 집합입니다. 골지체 복합체의 구성 요소는 좁은 통로로 서로 연결됩니다. 골지체 구조는 다당류, 단백질-탄수화물 복합체가 합성되고 축적되어 세포에서 배출되는 곳입니다. 이것이 분비 과립이 형성되는 방식입니다. 골지체 복합체는 적혈구와 표피의 각질층을 제외한 모든 인간 세포에 존재합니다. 대부분의 세포에서 골지체 복합체는 핵 주변이나 근처, 외분비 세포에서 핵 위, 세포의 정단부에 위치합니다. 골지체 구조의 안쪽 볼록한 표면은 소포체를 향하고, 바깥쪽 오목한 표면은 세포질을 향합니다.

골지체의 막은 과립 소포체에 의해 형성되며 수송 소포에 의해 운반됩니다. 분비 소포는 골지체 바깥쪽에서 끊임없이 싹을 틔우고, 골지체 내 세포막은 끊임없이 재생됩니다. 분비 소포는 세포막과 당단백질막에 막 물질을 공급하여 세포막 재생을 보장합니다.

리소좀(lysosomae)은 직경 0.2~0.5μm의 소포로, 약 50종의 다양한 가수분해 효소(단백질분해효소, 리파제, 인지질분해효소, 뉴클레아제, 글리코시다제, 인산분해효소)를 함유하고 있습니다. 리소좀 효소는 과립소포체(granular endosplasmic reticulum)의 리보좀에서 합성되며, 리보좀에서 수송소포를 통해 골지체로 운반됩니다. 1차 리소좀은 골지체 소포에서 싹을 틔웁니다. 리소좀은 산성 환경을 유지하며 pH는 3.5에서 5.0까지 변동합니다. 리소좀 막은 내부에 포함된 효소에 대한 저항성을 가지고 있어 세포질을 효소의 작용으로부터 보호합니다. 리소좀 막의 투과성이 손상되면 효소가 활성화되어 세포가 심각하게 손상되고 사망에 이를 수 있습니다.

2차(성숙) 리소좀(포식리소좀)에서 생체고분자는 단량체로 분해됩니다. 단량체는 리소좀 막을 통해 세포질로 운반됩니다. 분해되지 않은 물질은 리소좀에 남게 되며, 그 결과 리소좀은 전자 밀도가 높은 소위 잔류물로 변형됩니다.

퍼옥시좀(퍼옥시솜)은 직경 0.3~1.5µm의 소포입니다. 과산화수소를 분해하는 산화 효소를 함유하고 있습니다. 퍼옥시좀은 아미노산 분해, 콜레스테롤, 퓨린을 포함한 지질 대사, 그리고 여러 독성 물질의 해독에 관여합니다. 퍼옥시좀 막은 비과립 소포체에서 출아하여 형성되며, 효소는 폴리리보솜에 의해 합성되는 것으로 알려져 있습니다.

"세포의 에너지 저장고"인 미토콘드리아(미토콘드리아)는 세포 호흡과 에너지 전환 과정에 참여하며, 세포가 사용할 수 있는 형태로 에너지를 변환합니다. 미토콘드리아의 주요 기능은 유기 물질의 산화와 아데노신 삼인산(ATP) 합성입니다. 미토콘드리아는 길이 0.5~1.0μm, 너비 0.2~1.0μm의 둥글고 길쭉하거나 막대 모양의 구조물입니다. 미토콘드리아의 수, 크기, 위치는 세포의 기능과 에너지 요구량에 따라 달라집니다. 심근세포와 횡격막의 근섬유에는 많은 대형 미토콘드리아가 있습니다. 미토콘드리아는 근원섬유 사이에 무리 지어 위치하며, 글리코겐 과립과 비과립 소포체로 둘러싸여 있습니다. 미토콘드리아는 이중 막(각각 약 7nm 두께)을 가진 세포소기관입니다. 미토콘드리아 외막과 내막 사이에는 10~20nm 너비의 막간 공간이 있습니다. 내막은 수많은 주름, 즉 크리스타를 형성합니다. 일반적으로 크리스타는 미토콘드리아의 장축을 따라 배열되어 있으며, 미토콘드리아 막의 반대편에는 닿지 않습니다. 크리스타 덕분에 내막의 면적이 급격히 증가합니다. 따라서 간세포의 미토콘드리아 한 개의 크리스타 표면적은 약 16μm입니다. 미토콘드리아 내부, 크리스타 사이에는 미세한 입자로 이루어진 기질이 있는데, 이 기질 안에는 직경 약 15nm의 과립(미토콘드리아 리보솜)과 DNA 분자를 나타내는 얇은 실이 보입니다.

미토콘드리아에서 ATP 합성은 히알로플라스마에서 일어나는 초기 단계에 선행합니다. 히알로플라스마에서 (산소가 없는 상태에서) 당은 피루브산(피루브산)으로 산화됩니다. 동시에 소량의 ATP가 합성됩니다. ATP의 주요 합성은 미토콘드리아 크리스타 막에서 산소(호기성 산화)와 기질에 존재하는 효소의 참여로 일어납니다. 이 산화 과정에서 세포 기능에 필요한 에너지가 생성되고 이산화탄소(CO2 ₎ 와 물(H2O ₎ 이 방출됩니다. 미토콘드리아에서는 정보 분자, 운반 분자, 리보솜 핵산(RNA) 분자가 DNA 분자 자체에서 합성됩니다.

미토콘드리아 기질에는 최대 15nm 크기의 리보솜도 포함되어 있습니다. 그러나 미토콘드리아 핵산과 리보솜은 이 세포의 유사한 구조와는 다릅니다. 따라서 미토콘드리아는 단백질 합성과 자가 증식에 필요한 자체 시스템을 가지고 있습니다. 세포 내 미토콘드리아의 수는 세포가 더 작은 부분으로 분열되면서 증가하며, 이 작은 부분들은 성장하고 크기가 증가하며 다시 분열할 수 있습니다.

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