8. 원핵세포 / 9. 진핵세포

8. 원핵세포

  원핵세포는 일반적으로 진핵세포보다 크기가 작다. 각각의 원핵생물은 단세포지만, 많은 종류의 원핵생물은 보통 사슬이나 작은 무리를 형성하며, 어떤 것들은 수백 개의 세포를 포함하고 있는 큰 덩어리로 존재한다. 그럼에도 모든 원핵세포는 동일한 기본 구조를 가지고 있다. 세포막이 세포를 둘러싸고 있어 세포 안팎으로 물질의 수송을 조절하고 외부 환경으로부터 내부 환경을 분리하는 역할을 가진다. DNA가 위치한 세포 안 영역인 핵양체가 존재하며 세포막에 둘러싸여 있는 나머지 물질인 세포질이 있다. 내부에 있는 리보솜은 RNA와 단백질의 복합체로 전자현미경을 통해야만 관찰할 수 있다. 리보솜은 단백질의 합성 장소로 이곳에서 핵산에 암호화된 정보가 아미노산의 연속적인 연결을 지시해 단백질을 형성한다. 세포질은 정적이지 않다. 오히려 세포질 속에 있는 물질은 끊임없이 움직인다. 비록 진핵세포에 비해서 구조적인 면에서 덜 복잡하지만, 원핵세포는 수천 가지의 생화학반응을 수행하기 때문에 기능적으로 복잡하다고 볼 수 있다. 대부분의 원핵생물은 세포막의 바깥에 세포벽을 가진다. 견고한 세포벽은 세포를 지지하고 형태를 결정한다. 고균이 아닌 대부분의 세균에서 세포벽은 일정한 간격을 둔 채, 짧은 펩타이드로 연결된 아미노당의 중합체인 페티도글리칸을 포함한다. 이런 펩타이드 사이의 교차 연결은 전체 세포 주위로 하나의 거대한 분자를 형성한다. 일부 세균에는 또 다른 층인 외막이 펩티도글리칸층을 감싸고 있다. 세포막과 달리 이 외막은 분자의 이동을 가로막는 주된 장벽은 아니다. 일부 세균에서 주로 다당류로 구성된 점액층이 세포벽을 감싸는데, 이를 피막이라고 한다. 몇몇 경우에 이 피막은 세균이 침투한 동물의 몸에서 백혈구의 공격으로부터 세균을 보호한다. 또한 피막은 세포가 건조해지는 것을 막아주고, 때때로 세균이 다른 세포에 붙는 것을 돕는다. 남세균을 포함하는 세균의 일부 그룹은 광합성을 한다. 이들은 빛 에너지를 이용해 물과 이산화탄소를 탄수화물로 전환한다. 이 세균은 광합성에 필요한 분자들이 있는 내부막을 가지고 있다. 막을 필요로 하는 광합성의 발달을 통해 지구의 초기 생명체의 진화에 있어서 중요한 역을 가졌다. 다른 세균에서 세포막에 부착된 내부막이 접혀 있는데, 이러한 접힌 내부막은 세포분열과 다양한 에너지 방출 반응에 작용하는 역할을 한다. 일부 원핵생물은 편모라고 불리는 부속물을 사용하여 유영하는데 이는 때때로 매우 작은 코르크 마개처럼 보인다. 세균 편모의 섬유는 플라젤린이라는 단백질로 구성되어 있다. 복잡한 운동 단백질이 프로펠러처럼 축을 중심으로 편모를 회전해 세포를 이동시킨다. 운동 단백질은 세포막에 부착되어 있지만, 일부 세균에서는 세포벽의 외막에 붙어 있는 경우도 있다. 편모를 제거한다면 세포가 이동하지 못하게 되기 때문에, 이를 통해서 우리는 편모가 세포의 움직임을 일으킨다는 결론을 가질 수 있다. 선모는 몇몇 종류의 세균 표면에서 돌출된 단백질로 만들어진 구조이다. 이 머리털 같은 구조물은 편모보다 짧고 부착에 사용된다. 성선모는 세균이 서로 결합해 유전물질을 교환하는 것을 돕는다. 핌브리아는 세균의 선모와 같은 단백질로 구성되어 있지만, 이보다 더 짧고 먹이와 보호를 목적으로 동물세포와 같은 세포의 표면에 부착하는 데 이용된다. 세포골격은 세포 분열과 이동, 세포 형태의 유지 역할을 가진 단백질 섬유를 총체적으로 부르는 명칭이다. 어떤 단백질은 세포가 분열하는 동안 수축하는 고리 구조를 형성하는 반면에, 다른 것은 나선형 구조로서 막대 모양 세포의 길이를 따라 쭉 뻗어 있는 특징을 가진다. 과거에는 오직 진핵세포만이 세포골격을 가지고 있다고 주장했지만, 최근에 세포골격 구성요소가 여러 원핵생물에도 관찰된다는 것이 확인되었다. 

원핵세포

9. 진핵세포

  진핵세포는 일반적으로 원핵세포보다 길이나 직경이 약 10배 정도 더 크다. 원핵세포와 같이 진핵세포는 세포막, 세포질, 리보솜을 가진다. 원핵세포의 구조와 유사한 진핵세포의 다른 구조들은 단백질 섬유로 구성된 세포골격과 세포막 외부에 세포외기질이 포함된다. 진핵세포의 막 구획을 세포 소기관이라고 한다. 모든 진핵세포는 많은 세포 소기관과 구조를 공통으로 가지는데, 가장 명확한 것은 핵이다. 진핵세포 내에서도 차이는 존재한다. 식물세포에서만 광합성을 수행하는 엽록체를 가지는데 이러한 세포 소기관은 고유의 역할을 가진다. 일부 세포 소기관은 특정 산물을 생산하는 공정이지만 다른 세포 소기관은 한 형태의 에너지를 보다 유용한 형태로 전환하는 발전소 같은 역할을 담당한다. 이러한 기능적인 역할은 세포 소기관 내에서 일어나는 화학 반응에 의해 정해진다. 이온 농도는 세포 소기관마다 다르다. 원핵생물과 진핵생물의 리보솜은 모두 2개의 서로 다른 크기의 소단위체로 구성되어 있다. 진핵생물의 리보솜은 원핵생물의 것보다 더 크지만, 원핵생물의 리보솜이 더 잘 밝혀져 있다. 화학적으로 리보솜은 리보솜 RNA라는 특수한 종류의 RNA로 구성되어 있으며 소수성 상호작용과 같은 힘에 의해 비공유적으로 모인 50개 이상의 단백질을 보유한다. 추가로 단백질 중 일부는 rRNA와 비공유결합을 한다. 원핵세포에서는 리보솜이 일반적으로 세포질에 자유롭게 떠다니는 형태지만 진핵세포에서는 여러 곳에서 발견된다. 세포질에 자유롭게 떠나는 것도 있지만 소포체 표면, 미토콘드리아 내부, 엽록체 내부에도 발견된다. 여기서 리보솜은 단백질을 합성하는 분자 공장이다. 리보솜은 세포에 비해 작아 보이지만, 분자적 기준으로 보았을 때 수십 개의 서로 다른 분자들로 이루어진 거대한 복합체이다. 리보솜은 막이 없어 구획화 되어 있지는 않아, 세포 소기관으로 분류되지는 않지만 세포골격과 같이 세포구조로 불린다.