세포 구조

배경

세포는 박테리아와 같은 단순한 단세포 유기체이든 코끼리와 거대한 삼나무와 같은 큰 다세포 유기체이든 모든 유기체의 가장 기본적인 생물학적 단위를 나타냅니다. 19^세기 중반에 세포 이론(Cell Theory)은 세포를 정의하기 위해 제안되었습니다.

• 모든 살아있는 유기체는 하나 이상의 세포로 구성되어 있습니다.
• 세포는 모든 유기체의 기능 단위입니다.
• 모든 세포는 이미 존재하는 세포에서 발생합니다.

모든 세포는 원형질막(plasma membrane), 세포질(cytoplasm), DNA, 리보솜(ribosome)과 같은 공통된 특징을 가지고 있습니다. 원형질막(plasma membrane)은 세포를 둘러싸고 있는 인지질 이중층입니다. 세포 주위의 이 얇고 유동적인 층은 세포의 내용물을 환경으로부터 격리하고 환경과의 물질 교환을 조절하는 동시에 다른 세포와의 상호 작용을 촉진하는 역할을 합니다. 원형질막 내부에는 세포질이라고 하는 젤 같은 액체가 채워져 있는데, 이 액체에는 유기 분자, 염 및 세포의 기능에 필수적인 기타 물질이 포함되어 있습니다. 따라서 대사 과정으로 알려진 생명을 지탱하는 생화학 반응은 세포질 내부에서 일어납니다. 세포가 실행할 수 있는 대사 과정의 유형은 유전 정보에 따라 다릅니다. 모든 세포는 DNA를 유전 물질로 사용하며, 이는 세포 구조와 산물을 구성하는 유전 청사진입니다. 마지막으로, 모든 세포는 리보솜을 사용하여 단백질 산물을 합성합니다.

유전 물질 위치에 따라 두 가지 유형의 세포가 있습니다 : "핵 앞"을 의미하는 원핵 생물과 "진정한 핵"을 의미하는 진핵 생물. 따라서 두 가지 유형의 유기체 모두 DNA를 가지고 있지만 박테리아와 같은 원핵 생물은 핵 대신 핵 또는 "핵과 같은" 구성 요소를 가지고 있는 반면, 진핵생물은 DNA를 포함하는 진정한 막 결합 핵을 가지고 있습니다. 또한, 원핵생물은 일반적으로 크기가 10-100μm인 진핵생물에 비해 약 0.1-5.0마이크로미터(μm)로 상대적으로 작습니다. 원핵생물의 크기가 작기 때문에 세포 내에서 물질을 빠르고 쉽게 분배하고 대사 과정을 실행할 수 있을 뿐만 아니라 세포에서 폐기물 또는 기타 제품을 신속하게 제거할 수 있습니다. 따라서 진핵 세포는 미토콘드리아 또는 골지체와 같은 세포 기관으로 알려진 특수 구조를 가지고 있어 중요한 기능을 수행할 수 있습니다.

진핵 세포

진핵 세포는 모든 진핵 생물의 공유 유래 형질이며, 이는 모든 진핵 생물에 의해 유전 된 단일 기원을 가지고 있음을 의미합니다. 가장 초기의 진핵 세포는 약 24억 년 전의 화석에서 볼 수 있으며, 원핵 세포보다 크기 때문에 알아볼 수 있다¹. 이 세포 유형의 기원은 하나의 아메바 같은 세포가 미세균을 삼켜 안정적인 공존을 형성하는 내부 공생 사건에서 비롯되었습니다². 삼켜진 박테리아는 세포의 호기성 대사 소기관인 최초의 에너지 생산 소기관인 미토콘드리아로 진화했습니다. 미토콘드리아는 별도의 게놈을 가지고 있으며 원핵생물과 크기가 비슷합니다. 그들은 두 개의 별개의 구획을 둘러싸는 두 층의 막을 포함합니다. 고에너지 생체 분자를 분해하는 반응 중 일부는 내부 구획에서 발생하는 반면, 외부 구획에는 이러한 화합물에서 방출된 에너지를 세포의 에너지 통화로 사용되는 아데노신 삼인산(ATP) 분자로 포획하는 반응이 있습니다.

핵과 미토콘드리아는 진핵 세포의 유일한 공유 구조가 아닙니다. 다른 유비쿼터스 진핵 세포 소기관은 매끄럽고 거친 소포체(ER), 골지체, 리소좀 및 액포입니다. 소포체는 단순히 "플라즈마 내부의 네트워크"를 의미하며 이름에서 알 수 있듯이 세포 내부, 특히 핵 주위에 있는 큰 멤브레인 네트워크입니다. 거친 ER의 일부는 핵막에서 뻗어 있으며 표면에 수많은 리보솜으로 인해 거친 모양으로 매끄러운 ER과 구별됩니다. 러프 ER은 원형질막에 내장된 단백질이나 세포에서 분비되는 단백질과 같은 단백질 합성을 위한 장소입니다. 대조적으로, 부드러운 ER은 지질 기반 제품을 생산할 뿐만 아니라 유해한 화학 물질을 해독하는 효소도 함유하고 있습니다. 따라서 간 세포에는 부드러운 ER이 풍부하게 포함되어 있습니다. 또한 근육 세포에는 근육 수축에 필수적인 이 세포 기관의 칼슘 저장 기능 때문에 상당한 양의 부드러운 ER이 포함되어 있습니다. 골지체(Golgi device)는 소포(vesicle) 내부의 세포 산물을 분류, 변형 및 포장하며, 소포는 원형질막(plasma membrane)과 융합하여 산물을 방출합니다. 거친 응급실에서 생성되는 단백질 중 일부는 세포 내 소화 효소입니다. 이 효소는 골지체(Golgi device)에서 리소좀(lysosome)이라고 하는 특수 소포로 포장됩니다. 리소좀의 주요 기능은 세포에 삼켜진 음식 입자와 오래된 세포 부분을 소화하는 것입니다. 액포는 세포 내에서 저장 장치 역할을 하는 세포막의 주머니입니다. 그들은 세포의 수분 함량을 조절하기 위해 물을 저장하는 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 세포 유형과 유기체에 따라 대사 산물 또는 독성 분자를 저장하는 역할을 할 수 있습니다.

왕국별 소기관

진핵 세포는 또한 각 왕국에 특이적인 뚜렷한 세포 기관을 발달시켰습니다. 예를 들어, Plantae와 Animalia는 둘 다 진핵생물이지만, 식물과 동물 세포의 세포 소기관은 각각 생산자와 소비자로서 삶을 영위할 수 있는 중요한 방식이 다릅니다. 육상 식물은 키가 크게 자라야 하고 잎을 담을 수 있는 단단한 줄기가 있어야 하며, 이를 광합성에 사용합니다. 또한 뿌리가 흡수한 수분을 유지할 수 있어야 합니다. 그들의 세포는 이러한 특정한 필요를 반영합니다. 동물 세포와 달리 식물 세포에는 광합성에 사용되며 종종 녹색 색소인 엽록소를 포함하는 엽록체가 있습니다. 또한, 세포벽은 성장과 수분 보유를 지원하기 위해 셀룰로오스로 만들어진 단단한 외층으로 둘러싸여 있습니다. 세포의 수압을 유지하기 위해 많은 양의 물을 저장해야 하기 때문에 동물 세포보다 더 큰 액포를 가지고 있습니다. 또한 식물 세포에는 플라스티드(plastid)라고 하는 또 다른 유형의 특수 저장 소기관이 있는데, 여기에는 색소와 전분과 같은 광합성 생성물이 포함되어 있습니다. 이러한 차이는 눈에 띄며 식물 세포와 동물 세포를 구별합니다 : 식물 세포는 일반적으로 단단한 세포벽으로 인해 규칙적인 직사각형 모양을 갖는 반면, 동물 세포는 둥글고 불규칙합니다.

현미경 검사 법

개구리 난모세포와 같은 일부 세포는 육안으로 볼 수 있을 만큼 크지만 대부분의 세포는 시각 보조 없이는 볼 수 없습니다. 따라서 과학자들은 현미경 기술을 사용하여 세포 구조를 연구하고 세포 유형을 서로 구별합니다. 현미경은 사람의 눈으로 보기 어렵거나 불가능한 물체를 확대할 수 있지만 대부분의 조직에는 선천적으로 색소 침착이 없습니다. 따라서 분자 구성에 따라 세포를 선택적으로 염색할 수 있는 솔루션이 만들어졌습니다. 이를 통해 연구원들은 몇 가지 예를 들자면 세포의 세포 기관, 식물 줄기의 조직 유형, 동물의 지방층을 구별할 수 있습니다. 메틸렌 블루 염료는 죽은 세포의 핵산을 염색하여 음전하를 띤 DNA에 결합합니다. 사프라닌 용액은 세포핵을 붉게 염색하는 또 다른 생물학적 염료입니다. 세포는 짧은 시간 동안만 염색 용액에 있어야 하며 염색 단계 직후에 장착할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 장착 기술은 습식 장착과 오일 침지입니다. 습식 마운트는 샘플을 수집하여 슬라이드와 커버슬립 사이에 액체가 있는 유리 슬라이드에 올려 놓음으로써 만들어집니다. 세포 샘플은 물 또는 글리세롤과 같은 액체에 부유합니다. 글리세롤은 박테리아의 증식을 방지하기 때문에 살아있는 배양균과 함께 사용하는 것이 좋습니다³. 커버슬립 위에 이멀젼 오일을 첨가하여 고배율에서 시료를 더 잘 볼 수 있습니다. 이것은 오일이 유리와 동일한 굴절률을 가지고 있기 때문에 이루어지며, 이는 빛이 유리와 마찬가지로 오일을 통과할 수 있음을 의미합니다. 유리-공기 계면은 오일이나 유리보다 빛을 더 많이 산란시키기 때문에 샘플이 "건조"하거나 오일 없이 장착될 때 이미지의 선명도에 영향을 미칩니다. 세포가 염색되고 장착되면 현미경으로 연구할 준비가 된 것입니다.

연구자들이 원자 수준에서 물체를 볼 수 있게 해주는 전자 스캐닝 기술부터 개별 세포 내 분자의 움직임을 실시간으로 모니터링할 수 있는 형광 라이브 셀 이미징에 이르기까지 다양한 현미경 기술이 있습니다⁴. 명시야 현미경 검사는 가장 간단한 현미경 검사 기술로, 할로겐 광원 조명, 빛의 초점을 맞추기 위한 집광 렌즈, 이미지를 보기 위한 접안 렌즈, 이미지를 확대하기 위한 대물 렌즈만 있으면 됩니다. 모든 현미경 검사 기술에서는 현미경을 사용하기 전에 현미경의 부품을 이해하는 것이 중요합니다. 일반적으로 명시야 이미징에 사용되는 복합 현미경은 내시경 상단에 접안렌즈가 있으며 이 접안렌즈는 헤드와 대물렌즈에 부착되어 있습니다. 접안렌즈의 배율은 10X이며 대물 렌즈는 4X-100X 범위의 특정 배율로 설정됩니다. 표준 현미경에는 3개에서 5개 사이의 대물렌즈가 있습니다. 대물렌즈는 표본이 관찰을 위해 배치되는 무대를 가리킵니다. 무대에는 종종 기계 부품과 무대 클립이 있어 슬라이드를 잡고 보는 동안 이동할 수 있습니다. 조리개는 빛이 통과할 수 있는 무대의 구멍입니다. 이 빛은 조명기 또는 광원 위의 조정 가능한 집광 렌즈에 의해 제어됩니다. s의 줌을 제어하기 위해tage viewview, 현미경에는 거친 초점 조정 손잡이와 미세한 초점 조정 손잡이가 있습니다. 거친 초점 노브는 미세 초점보다 더 큰 스케일로 이동하지만 동일한 축에 있습니다. 미세 초점은 스테이지의 물체가 목표에 가까이 다가갔을 때 유용합니다. 대물 렌즈가 s의 물체에 닿지 않도록 하는 것이 중요합니다.tage, 렌즈를 긁을 수 있습니다. 물체는 항상 가장 낮은 배율의 대물렌즈에서 먼저 보아야 하며 더 높은 배율의 대물렌즈로 전환하기 전에 명확하게 초점을 맞춰야 합니다.

현미경 검사는 연구, 진단 및 치료를 포함한 의료 분야의 여러 측면에서 중요한 도구입니다. 이것은 보다 침습적인 수술 대신 새로운 치료 방법으로 의학에서 나노 기술을 사용하는 응용 프로그램을 가지고 있습니다⁵. 외과 의사들은 또한 현미경을 사용하는데, 그 중 일부는 외과 의사의 머리에 장착하도록 개조되어 발 페달로 작동됩니다. 이러한 현미경은 오늘날 사용되는 광학 현미경보다 훨씬 낮은 배율을 가지고 있지만, 광학 및 신경 외과와 같은 섬세한 수술을 안전하게 수행할 수 있도록 도와줍니다.

참조

1. Bengtson S, Rasmussen B, Ivarsson M, Muhling J, Broman C, Marone F, Stampanoni M, Bekker A. 24억 년 된 소포 현무암에서 발견된 곰팡이 같은 균사체 화석. 자연, 생태학 및 진화. 2017년, Vol. 1, 품목 번호: 0141.
2. Vellai T, 비다 G. 진핵 생물의 기원 : 원핵 세포와 진핵 세포의 차이. Proc. R. Soc. Lond. B. 1999년, Vol. 266, 1571-1577.
3. Gouet 브로이, 로저 G, Fonty C, 안드레 P. 반추위 셀룰로분해 박테리아 및 혐기성 곰팡이의 성장, 접착 및 셀룰로분해 활성에 대한 글리세롤의 효과. 현재 미생물학. 24, 1992, Vol. 4, 197-201.
4. 코그넷 L, 르덕 C, 루니스 B. live-cell single-particle tracking 및 dynamic super-resolution imaging의 발전. Curr Opin Chem Biol. 2014 년 6 월; 20:78-85.
5. Asiyanbola B, Soboyejo W. 외과 의사를 위해: 나노 기술 소개. J Surg Educ. 2008년, Vol. 65, 2 (155-61).