[생명과학] 진핵생물의 구조 2편

 

 

1. 올레오솜

올레오솜은 식물 종자의 발생에서 중성지방을 저장하는 소기관이다. 종자가 발아할 경우 저장했던 지방산을 글리옥시좀으로 옮긴 후 당으로 전환해 사용한다.

 

 

2. 퍼옥시좀

퍼옥시좀은 카탈라아제(Catalase)를 지니고 있는데 카탈라아제는 퍼옥시좀이 지방산 베타 산화를 할 때 생성되는 활성산소를 해독하는 역할을 한다. 그 외에도 메탄올, 포름산, 에탄올, 포름알데히드, 페놀, 아질산 등 다양한 독성 물질을 해독한다. 대부분의 퍼옥시좀은 기존에 있던 것이 분열해서 새로 생기며 일부는 조면소포체에서 새롭게 생기기도 한다.

 

 

3. 미토콘드리아

미토콘드리아는 진핵세포가 삼킨 호기성 세균이 소기관이 된 것으로 원핵생물과의 내부 공생 증거가 된다. 이 곳에서 세포호흡이 일어나 산화적 인산화로 ATP가 합성된다. ATP가 많이 필요할 때는 신장하여 분열하고, 많이 필요하지 않을 때는 자가포식소체 등에 의해 파괴된다. 분열할 때는 원핵생물과 같이 이분법으로 늘어난다.

 

(1) 외막: 삼킨 막 유래

외막에는 포린 단백질이 존재하고 5 kDa 이하의 작은 분자들이 자유롭게 통과할 수 있다.

 

(2) 내막: 원핵생물의 세포막에서 유래

내막에는 전자 전달계와 관련된 단백질들이 박혀있다. 표면적을 늘릴 수 있도록 구불구불하게 접혀있는 크리스테(Cristae) 구조를 형성하고 있다. 내막의 안팎에 수소 농도 기울기를 유지하기 위해서 카르디올리핀이 많다.

 

(3) 기질: 원핵생물의 세포질에서 유래

내막에 둘러싸인 공간이 바로 기질이다. 기질에는 여러 개의 원형 DNA, 70S 리보솜, tRNA, TCA 회로, 지방산 베타 산화 등과 관련된 다양한 효소들이 있다.

 

 

4. 엽록체

엽록체 또한 미토콘드리와 비슷하게 진핵세포가 남세균을 삼켜 색소체(Plastid)가 된 것이다. 엽록체는 빛 에너지를 사용해 포도당을 합성하며 원핵생물과 마찬가지로 이분법으로 늘어난다.

 

(1) 외막: 삼킨 막 유래

외막에는 포린 단백질이 존재해 크기가 작은 분자들이 통과할 수 있다.

 

(2) 내막: 남세균의 세포막에서 유래

운반에 관여하는 단백질들이 있어 특정 분자들을 선택적으로 이동시킨다.

 

(3) 틸라코이드 내막

엽록소와 같은 광합성 색소, 명반응 관련 단백질들이 있다. 틸라코이드 내막의 안팎으로 수소 농도 기울기를 유지하기 위해 카르디올리핀이 많다.

 

(4) 스트로마: 남세균의 세포질에서 유래

스트로마에는 엽록체의 DNA, 70S 리보솜, tRNA, 암반응과 관련한 효소들이 있다.

 

 

5. 세포골격

세포골격은 미세소관, 중간섬유, 미세섬유 세 가지 구조가 있다. 미세소관은 세포의 뼈대 역할을 하며 물질은 원거리 수송할 때 필요하다. 중간섬유는 세포를 지지하고 소기관들을 고정한다. 미세섬유는 세포막 근처에 주로 있으며 막 근처에 있는 물질들을 수송할 때 사용된다.

 

(1) 미세소관

미세소관의 기본 단위체는 알파 튜불린과 베타 튜불린의 이량체 구조인 자유 튜불린이다. 자유 튜불린은 속이 비어있는 원통 모양이다. 자유 튜불린은 각각 (+)와 (-) 말단을 가지고 있는데 (+) 말단에는 베타 튜불린이, (-) 말단에는 알파 튜불린이 노출되어 있다.

미세소관이 신장하는 것은 자유 튜불린이 충분히 많을 때 가능하다. 자유 튜불린의 알파, 베타 튜불린이 모두 GTP가 붙어있는 상태일 때 미세소관에 결합할 수 있게 된다. 일정 시간이 지나면 베타 튜불린의 GTP가 GDP로 가수분해 되면서 친화력이 낮은 상태가 된다. 그렇기 때문에 가수분해 되기 전에 다른 자유 튜불린이 붙어야 계속 신장될 수 있다. 미세소관의 신장은 동적 평형이 될 때까지 일어난다.

반대로 자유 튜불린이 적게 있을 때는 미세소관이 분해된다. 미세소관 말단에 있는 베타 튜불린의 GTP가 GDP로 가수분해 되어 친화력이 낮은 상태가 되면 말단의 자유 튜불린들이 떨어져 나간다. 이 또한 동적 평형이 될 때까지 분해가 일어난다.

대표적인 미세소관 저해제들이 있다. 콜히친과 노코다졸은 미세소관이 합성되는 것을 저해하고 탁솔은 미세소관이 분해되는 것을 저해한다.

 

(2) 중간섬유

중간섬유는 선형의 폴리펩티드가 연속적으로 꼬여있는 모습이다. 물리적 힘이 많이 가해지는 세포의 세포질에 많다. 중간섬유는 세포에 가해진 힘을 분산시켜서 세포와 세포막의 파괴를 막는 역할을 한다. 중간섬유는 미세섬유, 미세소관과 달리 기본 단위체가 구형이 아닌 선형 폴리펩티드며 뉴클레오티드가 결합하지 않는다. 또한 말단에 (+), (-) 극성이 없으며 운동 단백질이 결합하지 않는다. 그리고 균류나 식물에서는 발견되지 않는다.

 

(3) 미세섬유

미세섬유의 기본 단위체는 G-액틴으로 긴 막대 모양의 중합체를 형성한다. 미세소관과 마찬가지로 G-액틴의 농도가 높으면 미세섬유가 신장된다. G-액틴에 붙은 ATP가 가수분해되기 전에 다른 G-액틴이 붙으면 계속 신장하게 되며 동적 평형이 될 때까지 신장된다. 여기서 (+) 말단이 (-) 말단보다 신장에 필요한 임계 농도가 낮아서 훨씬 빠르게 이루어진다. 그리고 G-액틴의 농도가 낮으면 미세섬유가 분해된다. ATP가 가수분해되면 친화력이 낮아져 G-액틴들이 동적 평형이 될 때까지 떨어져 나가면서 미세섬유가 분해된다.

미세섬유의 저해제인 팔로이딘은 미세섬유가 분해되는 것을 저해하고 사이토칼라신은 (+) 말단에 결합해 (+) 말단의 합성과 분해 모두를 저해한다.