세포질과 세포소기관 (2)

미토콘드리아

성숙한 적혈구를 제외한 모든 세포는 수백, 수천 개의 미토콘드리아(mitochondria)를 갖고 있습니다. 이 세포소기관은 ATP를 생성하고 그 크기와 모양은 다양하지만, 기본적으로 같은 구조를 가집니다. 

 

미토콘드리아 막은 내막과 외막으로 분리되어 있으며, 내막은 많은 주름이 접힌 크리스테(cristae)로 되어 있습니다. 미토콘드리아는 세포질을 통해 이동하고 자신을 복제할 수 있습니다. 미토콘드리아는 자신의 고유한 DNA를 가지는데, 비교적 작은 원형의 이중 가닥으로 되어 있습니다.

미토콘드리아는 세포질을 통해 이동하여 자신을 복제할 수 있을 뿐만 아니라 자신의 고유한 DNA를 가집니다. 사람의 미토콘드리아의 모든 DNA는 어머니의 수정란으로부터 오기 때문에 사람의 미토콘드리아 유전자는 어머니로부터 물려받습니다. 

 

미토콘드리아 DNA는 핵 DNA에 비해 작고 원형의 이중 나선 가닥으로 되어 있기 때문에 세균 DNA와 유사하고, 미토콘드리아는 진화 과정에서 동물세포의 조상에 침투하여 내부 공생을 해왔을 것으로 추정하고 있습니다.

미토콘드리아는 산화에 따른 스트레스를 일으킬 수 있는 초과산화물 라디칼(superoxide radical)을 생산하고, 미토콘드리아 DNA의 돌연변이는 노화를 일으키는 것으로 추정하고 있습니다. 미토콘드리아 DNA의 돌연변이는 아마 초과산화물 라디칼로 인해 핵 DNA보다 10배 이상 더 빨리 일어나고, 150개 이상의 미토콘드리아 DNA 돌연변이가 사람의 다양한 질병들을 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 

 

그러나 미토콘드리아 DNA는 13개의 단백질만을 암호화하는 37개의 유전자만을 갖고 있으며 이 단백질들은 미토콘드리아에 의해 이루어지는 호기성 호흡에 필수적인 산화적 인산화에 필요합니다. 이와 대조적으로 핵 DNA는 약 1,500개의 미토콘드리아 단백질을 암호화하기 때문에, 많은 미토콘드리아 질병은 실제 미토콘드리아 DNA보다 핵 DNA의 돌연변이에 의해 일어납니다.

신경세포 또는 뉴런(neuron)은 미토콘드리아에서 일어나는 호기성 호흡으로부터만 오로지 에너지를 얻습니다. 긴 거리에 걸쳐 일어나는 미토콘드리아 분열과 수종은 축사의 길이가 1m나 되는 신경세포에서 특히 중요하다. 또한 미토콘드리아는 서로 융합하여 미토콘드리아 내에서 생산된 반응성 산소종(reactive oxygen species)에 의해 손상된 부분을 수선하는 데 도움을 줍니다. 

 

반응성 산소종의 생산은 세포를 죽일 수 있으며 미토콘드리아가 손상 받으면 독성의 미토콘드리아 분자들을 세포질로 누출시켜 숙주세포를 손상시킬 수 있습니다. 세포는 손상된 미토콘드리아를 자가포식소체 또는 자가소화포(autophagosome)내 에워싸고, 이 자가포식소체는 라이소솜과 융합하여 손상된 미토콘드리아를 소화합니다.

리보솜

리보솜(ribosome)은 세포의 단백질 합성 공장으로 크기가 약 25nm이고 세포질과 소포체 표면에서 발견됩니다. 진학 생물의 리보솜은 2개의 소단위(subunit)로 되어 있고, 원심분리 시의 침강 속도를 계산했을 때 각 소단위는 40S와 60S입니다. 최근 연구에 따르면, rRNA(ribosomal RNA)가 rRNA 효소, 즉 리보자임(ribozyme)인 것으로 밝혀졌습니다.

소포체

소포체(endoplasmic reticulum, ER)는 막성구조로서 과립 소포체와 무과립 소포체의 두 종류가 있습니다. 과립 소포체(granular endoplasmic reticulum) 또는 조면 소포체(rough endoplasmic reticulum)는 그 표면에 리보솜을 갖고 있으나, 무과립 소포체(agranular endoplasmic reticulum) 또는 활면 소포체(smooth endoplasmic reticulum)는 갖고 있지 않습니다. 무과립소포체는 스테로이드호르몬 생성과 불활성에 관련된 효소 반응의 부위, 횡문근세포(가로 무늬 근세포)의 Ca+ 저장 부위를 제공합니다. 과립소포체는 단백질 합성이 왕성한 세포와 외분비샘과 내분비샘 같은 분비가 활발한 세포에 많이 존재합니다.

골지체

골지체(Golgi complex)는 여러 납작한 낭(주머니)이 쌓인 더미 구조로 되어 있습니다. 이것은 마치 팬케이크를 쌓아놓은 것 같으나 팬케이크에 해당하는 골지낭(Golgi sac)은 낭 내에 시스테르나(조)라고 하는 강을 갖고 있습니다. 이 더미의 한쪽 끝은 소포체를 향하고, 소포체로부터 온 소포를 들어오게 하는 부위가 됩니다. 소포 속의 물질 들은 골지체의 낭으로부터 다음 낭으로 이동합니다.

 

그리고 더미의 반대쪽은 원형질막을 향하고 세포질 산물들이 이곳을 향해 통과할 때 화학적으로 변조한 다음 소포를 형성하면서 떨어져 나갑니다. 세포생성물의 특성과 종류에 따라서 골지체를 떠나는 소포는 라이소솜 또는 분비소포(생성물이 세포 외 유출에 의해 세포로부터 방출되는)가 될 수 있습니다.

 
세포 외 유출에 의해 방출되는 약간의 세포 단백질들은 경로의 역방향 경로에 의해 재순환되며, 역경로(reverse pathway)를 역행 수송(retrograde transport)이라 하는데, 세포 외 체액 속 단백질들이 세포로 들어온 다음, 골지체와 소포 체로 흡수되기 때문입니다. 콜레라 독소(cholera toxin) 같은 독소와 HIV 성분을 포함하는 바이러스 단백질 등은 세포를 감염하기 위해 역행 수송에 의존합니다.