[생명과학] 진핵생물의 구조 1편

 

 

1. 핵(Nucleus)

핵에는 DNA가 존재하며 이곳에서 유전자들이 전사된다. 그리고 리보솜이 조립되는 곳이기도 하다.

 

(1) 핵질(Nucleoplasm)

핵질은 핵 내를 채우고 있는 반유동성 물질이다. 핵질의 대부분은 염색질(Chromatin)에 해당되며 유전 정보들이 히스톤 단백질에 감겨있는 여러 개의 선형 DNA들에 나누어 존재하고 있다.

 

(2) 인(Nucleolus)

인은 과립 형태로 한 개 이상 존재한다. rRNA 유전자 서열들이 모여있기 때문에 전사가 활발히 일어나며 전사된 rRNA는 인에서 리보솜을 구성하는 소단위체 40S와 대단위체 60S로 조립된다. 인은 간기의 핵에서만 관찰할 수 있고 세포 분열기(M기)에는 사라진다.

 

(3) 핵막

핵막은 인지질 이중층의 이중막 구조로 되어있다. 핵막에는 50 kDa 이하의 물질들이 통과할 수 있는 구멍들이 있는데 이를 핵공이라고 한다. 조절 단백질들이 있기 때문에 핵질과 세포질 사이에 RNA나 단백질의 이동을 통제한다. 핵막은 중간섬유 중 하나인 라민(Lamin)에 의해 고정되며 대부분의 세포들은 세포 당 한 개의 핵을 가진다. 예외로는 골격근 세포와 적혈구가 있는데 골격근 세포는 다핵 세포, 적혈구는 무핵 세포에 해당된다.

 

 

2. 조면 소포체(Rough endoplasmic reticulum, RER)

조면 소포체는 바깥쪽 표면에 리보솜이 결합해 있다. 리보솜이 폴리펩티드를 합성한 후 소포체의 내강으로 넣는다. 안으로 들어온 폴리펩티드는 여러 가지 가공 과정을 거치게 된다.

 

(1) 신호 서열 절단

소포체 내강으로 들어온 폴리펩티드의 N-말단에 있는 소포체 이동 신호 서열을 절단해 제거한다.

 

(2) 당 첨가

소포체 안으로 들어온 폴리펩티드의 일부에 당이 부착된다. 우선 소포체 막의 돌리콜 분자에 올리고당을 합성하고 폴리펩티드의 아스파라긴 잔기로 옮긴다. 이를 N-연결 당화라고 부른다.

 

(3) 이황화 결합 형성

PDI(Protein disulfide isomerase)가 폴리펩티드의 시스테인 잔기들 간에 이황화 결합을 형성한다. 

 

 

3. 활면 소포체(Smooth endoplasmic reticulum, SER)

활면 소포체는 조면 소포체와 달리 표면에 리보솜이 붙어있지 않다. 활면 소포체의 막이 조면 소포체와 연결되어있기도 하다. 

 

(1) 지질 합성

활면 소포체는 막에 박혀있는 효소들을 이용해 인지질을 합성하기도 한다. 그리고 콜레스테롤 합성 과정에서 중요한 효소인 HMG-CoA 리덕테이스(Reductase)가 활면 소포체의 막에 박혀있는데 이것이 후기 콜레스테롤 합성 과정에 관여한다.

 

(2) 독성 해독

활면 소포체 내에는 시토크롬 P450과 같은 단백질들이 많다. 이것들이 유해한 물질들을 분해함으로써 해독하는 기능을 갖는다. 특히 간세포에는 각종 물질들의 해독이 활발히 일어나기 위해 활면 소포체가 더 크게 발달해 있다.

 

(3) 칼슘 저장 및 방출

평소에 소포체 막에 있는 칼슘 펌프가 세포질에서 활면 소포체 안으로 칼슘을 수송해 저장한다. 그러다 세포 신호 전달계에 의해 2차 전달자가 생기거나 골격근 세포가 수축할 때 활면 소포체에 저장되어있던 칼슘이 세포질로 방출된다.

 

(4) 탄수화물 대사 - 포도당 신생합성 과정에 관여

활면 소포체의 막에는 글루코스-6-포스파 테이스(Glucose-6-phosphatase)가 박혀있다. 이는 6-인산 클루코스(Glucose-6-phosphate)를 글루코스(Glucose)로 대사하는 역할을 한다.

 

 

4. 골지체

골지체는 소포체에서 유래된 여러 개의 시스터나(Cisterna)로 이루어진 구조다. 시스터나는 납작한 막 주머니 모양의 구조를 의미한다. 조면 소포체에서 가공된 폴리펩티드가 골지체로 이동해 당 일부가 제거되거나 지질, 당 등의 작용기들이 붙어 가공이 일어난다. 폴리펩티드의 세린, 트레오닌 잔기에 새로운 당이 붙게 되는데 이를 O-연결 당화라고 부른다.

골지체는 크게 cis, medial, trans 골지체로 이루어져 있는데 각 골지체마다 다른 효소들을 가지고 있다. 각 골지체에서 가공 과정이 끝난 뒤에는 폴리펩티드의 이후 수송 경로가 표지 되어있어 세포 밖으로 분비되거나 세포막을 관통하는 단백질이 되기도 한다. 또한 만노오스-6-인산이 표지 되어있을 경우에는 리소좀으로 이동하기도 한다.

 

 

5. 리소좀

리소좀은 탄수화물, 단백질, 지질, 핵산 등 고분자 물질들을 가수분해하는 여러 가지 효소들을 가지고 있다. 리소좀 막에 있는 수소 펌프가 리소좀 내부를 산성 pH로 유지하는데, 가수분해 효소들이 pH 5 정도의 산성 조건에서 가장 활성이 높기 때문이다.

골지체에서 생겨난 1차 리소좀이 엔도좀, 파고좀, 자가포식소체(Autophagosome) 등과 융합하면 2차 리소좀이 되어 물질들을 가수분해하게 된다.

리소좀은 '자살 캡슐'로도 불리는데 리소좀이 파괴되어 가수분해 효소들이 세포질로 방출되면 세포가 죽을 수 있기 때문이다.

 

 

6. 액포

액포는 식물세포에서만 관찰할 수 있는 소기관이다. 동물세포의 리소좀을 식물세포에서는 액포가 대신한다. 마찬가지로 액포 막에 있는 수소 펌프가 내부를 산성 pH로 유지한다. 다만 리소좀과 달리 양분이나 색소, 노폐물, 독성 물질 등을 저장하면서 세포가 성숙할수록 점점 크기가 커지게 된다. 그렇기 때문에 오래된 세포에서 특히 더 발달한다.