9. 진핵세포(2)

9. 진핵세포(2)

  핵은 유전정보의 대부분을 가지고 있다. 유전정보는 DNA 분자의 뉴클레오타이드 서열에 저장되어 있다. 진핵세포에서 대부분의 DNA는 핵에 위치한다. 세포에서 DNA에 암호화된 정보는 리보솜에서 단백질로 번역된다. 대부분의 세포는 보통 가장 눈에 띄는 세포 소기관인 핵을 1개 가지고 있다. 전형적으로 동물세포의 핵은 직경이 대략 5μm이며, 대부분의 원핵세포보다 크다. 핵은 세포의 DNA 대부분이 위치했으며 DNA의 복제를 일으킨다. 또한 유전자 전사가 일어나고 끝나며 안에 있는 ‘인’은 RNA와 단백질이 리보솜으로 조립되는 장소의 역할을 한다. 인을 제외한 핵의 내용물을 핵질이라고 한다. 세포질과 유사하게 핵질은 핵의 액체 성분과 그 안에서 부유하는 비용해성 분자들로 구성된다. 핵은 2개의 막이 융합된 구조인 핵막에 의해 둘러싸여 있다. 핵막은 세포질과 유전물질을 분리한다. 기능적으로 핵막은 핵에서 일어나는 전사와 세포질에서 일어나는 번역을 분리한다. 핵공은 일부 분자에 대해서 핵으로의 출입을 허용하지만, 다른 분자들은 차단하는 역할을 한다. 이처럼 핵은 정보처리기능을 조절한다. 이온과 분자량이 매우 작은 분자들은 핵공을 통해 자유롭게 확산하지만 만들어진 대부분의 단백질과 같은 큰 분자들은 통과하지 못한다. 그러나 핵은 이러한 큰 단백질을 이동시키는 특수한 수송 기작을 가지기 때문에 일부를 들여보낼 수 있다. 핵 안의 DNA는 단백질과 결합하여 염색질이라는 섬유성 복합체를 형성한다. 염색질은 염색체라 부르는 매우 길고 가는 실의 형태로 존재한다. 진핵생물은 서로 다른 개수의 염색체를 가지며 세포 분열이 일어나기 전 염색질은 응축되어 개별 염색체를 광학현미경으로 관찰할 수 있다. 이는 세포분열 동안 DNA의 분배를 용이하게 한다. 염색질은 핵의 내부 가장자리에서 핵막 하층이라는 단백질 그물망에 부착되어 있다. 핵막 하층은 가늘고 긴 중간섬유인 라민 단백질이 중합되어 형성되는데 이것은 염색질과 핵막에 모두 부착하여 핵의 형태를 유지한다. 핵의 외막은 세포질로 접혀 나와 또 다른 세포 소기관인 소포체의 막과 이어진다. 진핵세포 부피의 많은 부분은 내막계가 차지한다. 막에 둘러싸인 구획들이 서로 연결되어 때로는 납작한 모양을 하거나 다른 특징적인 모양을 띤다.

 

  내막계는 세포막, 핵막, 소포체, 골지체, 리소좀 등이 있다. 작은 막으로 둘러싸인 모양의 구조인 소낭이 내막계의 여러 구획 사이에 물질을 수송하는 역할을 가진다. 전자현미경을 통해 관찰할 때, 이는 한순간에 묘사된 것처럼 보이지만 실제로 살아 있는 세포에서 막과 그 안의 물질은 끊임없이 움직임을 나타낸다. 막 구성요소가 내막계의 한 세포 소기관에서 다른 세포 소기관으로 이동하는 것이 관찰된다. 이러한 막은 기능적으로 연계됨을 알 수 있다. 진핵세포에서 세포질 전체에 뻗어 서로 막이 이어져 그물망이 관과 납작한 주머니를 형성된 막을 소포체라고 부른다. 내강으로 불리는 ER의 내부 구획은 이를 둘러싸고 있는 세포질과 분리되어 있다. ER은 세포 내부의 부피의 10% 차지하여 접힌 표면적은 세포막보다 몇 배나 넓다. 소포체는 2종류가 있는데, 조면소포체와 활면소포체가 존재한다. 조면소포체는 전자현미경에서 ‘거친’ 모습으로 보이며 거친 소포체라고도 불린다. 많은 리보솜이 막의 바깥 표면에 붙어 있기 때문이다. 붙어 있는 리보솜은 단백질 합성에 활발히 관여한다. 그뿐만 아니라 내강 속으로 새로 합성된 특정 단백질을 받아들여 세포질로부터 격리하는 역할도 가진다. 또한 이 단백질을 세포 내 다른 장소로 수송한다. 조면소포체 내부에서 단백질은 화학적으로 변형되어 기능이 바뀌며 세포의 특정 목적까지 배달을 위한 tag가 부착된다. 단백질은 조면소포체에서 떨어져 나온 소낭에 싸여 세포 내 목적지까지 수송된다. 대부분의 막 단백질은 조면소포체에서 만들어진다. 일부 단백질은 조면소포체에서 탄수화물 그룹과 공유결합되어 당단백질이 만들어진다. 리소좀으로 향하는 단백질의 경우, 탄수화물 그룹은 해당 단백질이 세포 소기관으로 배달되도록 하는 ‘배달체계’의 일부를 구성하며 이는 리소좀 내 효소가 세포에서 만들어지는 단백질에서 중요하다. 이 효소가 제대로 전달되지 않는다면 세포를 파괴할 수도 있기 때문이다. 활면소포체는 리보솜이 없고 납작한 주머니 모양이 아닌 관 모양을 이룬다. 조면소포체와 이어져 있어서 조면소포체에서 합성된 특정 단백질은 활면소포체의 내강에서 화학적으로 변형된다. 활면소포체는 세포가 섭취한 유독한 작은 분자의 화학적 변형을 담당한다. 이러한 변형은 표적 분자를 더욱 극성으로 만들어 물에 잘 녹아 배출이 용이하다. 또한 동물세포에서 글리코젠의 분해 장소이다. 지질과 스테로이드뿐만 아니라 식물에서도 몇몇 다당류의 합성 장소로 이용되며 방출될 때 많은 세포 반응을 개시하는 칼슘 이온의 저장소 역할을 한다. 골지체의 모양은 다양하지만 두 구성요소 즉 접시처럼 쌓여 있는 ‘시스터나’라고 부르는 납작한 막 주머니와 막으로 둘러싸인 작은 소낭으로 이루어진다. 골지체는 조면소포체에서 나온 단백질 함유 소낭을 받아들인다. 단백질을 세포 안팎의 목적지로 보내기 전에 변형, 농축, 포장, 분류의 과정을 거친다. 단백질에 탄수화물을 첨가하고 조면소포체에서 단백질에 부착된 다른 탄수화물을 변형시키며 식물 세포벽의 몇몇 탄수화물이 합성되는 장소이다.

 

진핵세포 구조