이번 포스트에서는 세포의 구성요소, 세포소기관, 세포내 단백질의 이동 등에 대해 알아보도록 할게요.
원핵생물(prokaryotic cell)과는 달리 진핵생물(eukariotic cell)들은 아래와 같이 세포 내에 지질막으로 둘러싸인 세포소기관(organelle)들이 존재해요.
그렇다면 이런 세포소기관들이 존재해서 진핵생물이 얻을 수 있는 장점은 무엇일까요?
다양한 장점이 있을 수 있겠지만, 가장 큰 장점은 각각의 세포소기관 내에서 특이적인 반응을 할 수 있다는 거에요.
(호랑이와 사슴을 같은 우리에서 키울 순 없지만, 이 녀석들을 공간적으로 분리된 데 둔다면 쉽게 키울 수 있겠죠? 그거랑 비슷한 이유에요)
그렇다면 도대체 이런 세포소기관들은 어떻게 형성된 것일까요?
사실 이와 관련해서는 지금도 의견이 분분한 부분이 있지만, 일단 현재 가장 정설로 받아들여지고 있는 스토리를 설명해드릴게요.
우선 세포소기관 죽 핵(nucleus), 소포체(ER), 골지체(Golgi), 리소좀(Lysosome), 엔도좀(Endosome) 등의 진화적인 기원을 설명할 때 가장 많이 사용되는 가설이 바로 membrane invagination hypothesis에요.
위 그림은 특별히 핵(nucleus)이 membrane invagination에 의해 형성되는 과정을 모식적으로 나타내주고 있는데요.
보시면 세포 바깥을 둘러싸고 있는 세포막이 내부로 함입되고, 그 과정에서 자연스럽게 세포 내부에 함입된 세포막이 세포소기관을 형성하게 돼요.
참고로 이런 식으로 형성된 핵, 소포체, 골지체, 리소좀과 같은 세포소기관들은 세포내막계(endomembrane system)을 형성하며 서로서로 긴밀하게 연관되어 있어요.
그리고 위 그림을 자세히 보면 알 수 있는 것처럼 membrane invagination에 의해 만들어지는 세포소기관의 경우 소기관 내의 성분이 곧 세포 외의 성분과 동일하기 때문에 세포 외와 세포소기관이 위상적으로 동일해요. (topologically equivalent)
한편 미토콘드리아(mitochondria), 엽록체(chloroplast)와 같은 세포소기관들은 endosymbiosis(세포공생설)를 통해 형성되었을 것으로 생각하고 있어요.
위 그림이 endosymbiosis에 의해서 미토콘드리아, 엽록체가 세포내소기관이 되는 과정을 나타내주고 있어요.
이 경우 그냥 외부에서 혼자 잘 살고 있던 세균들이 세포에 먹히게 되고, 우연히 이 녀석이 소화되지 않고 세포 내에서 공생하게 된 경우라고 볼 수 있어요.
그런데 잘 생각해보면, 이런 과정에 의해 만들어진 세포소기관의 경우 먹히기 전에 세균이 가지고 있던 세포막에 더해서, 먹힐 때 한겹 더 둘러진 큰 세포의 세포막까지 해서 총 2겹의 세포막을 가지고 있겠죠?
실제로 미토콘드리아나 엽록체는 예상대로 2겹의 세포막을 가지고 있어요. 이게 이들이 endosymbiosis를 통해 세포 내에 유입되었을 것이라는 주장의 강력한 근거 중 하나에요.
자, 그러면 이제 세포(cell)이 어떤 식으로 구성되어있는지에 대해 원론적으로 알아볼게요.
일단 세포는 크게 cytoplasm과 nucleus로 나눌 수 있어요.
nucleus는 앞서 봤던 것처럼 핵이고, cytoplasm은 핵을 제외한 나머지 모든 것을 의미해요.
여기서 cytoplasm은 다시 cytosol과 organelle로 나뉘어져요.
이 때 organelle은 앞서 봤었던 미토콘드리아, 엽록체, 골지체, 리소좀과 같은 세포소기관을 의미하고, cytosol은 organelle을 제외한 cytoplasm의 나머지 부분을 의미해요. (흔히 우리가 '세포질'이라고 부르는 녀석이 바로 이 cytosol이에요)
단어 생김새 상 cytoplasm과 cytosol의 개념이 혼동될 수 있으니 위 설명을 확실히 이해하고 넘어가시면 좋을 것 같아요!
한편, 앞서 organelle들은 각자 서로 공간적으로 분리되어있기 때문에 기능이 다르다고 했었죠?
그런데 결국 기능이 다르다는 말은, 그 곳에 있는 단백질의 조성이 다르다는 말과 동일해요.
(일반적으로 세포의 기능을 좌지우지하는 효소와 같은 녀석들이 단백질이기 때문이죠)
그렇다면, 세포 내에서 합성되는 단백질들은 어떻게 딱 자신이 쓰일 특정 organelle, 혹은 특정 장소로 이동할 수 있는 것일까요?
이에 대한 자세한 내용은 이후 포스트에서 더 살펴보겠지만, 이번 포스트에서는 간단히 단백질이 세포내에서 이동 시 거치게 되는 경로(pathway)들의 종류에 대해서만 알아볼게요.
첫 번째 경로(pathway)는 바로 gated transport에요.
gated transport는 cytosol과 nucleus 사이에서의 이동 경로이며, 이 이동시 일종의 문(gate)를 이용하기 때문에 gated transport라는 이름이 붙었어요.
두 번째 경로(pathway)는 transmembrane transport에요.
transmembrane transport는 cytosol에서 엽록체, 미토콘드리아, 소포체(ER), 퍼옥시좀(peroxisome) 등으로 단백질이 이동할 때의 이동경로에요.
세 번째 경로(pathway)는 vesicular transport에요.
vesicular transport는 소포체(ER)로부터 세포 바깥쪽으로 가는 단백질이 경유하는 이동경로에요.
이번 포스트에서는 세포의 구성요소, 세포소기관, 세포내 단백질의 이동 등에 대해 알아보았는데요.
다음 포스트부터는 이제 본격적으로 gated transport에 대해서부터 자세히 알아보도록 할게요!
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