1. 기초세포생물학 Basic Cell Biology (p3-15)

1. 세포 구성 (Cell Makeup) : 탄수화물.단백질.지방.(핵산)

 

• 지질(lipid) 혹은 지방 : 글리세롤(glycerol) 한 분자와 세 분자의 지방산으로 구성. 지방은 에너지 공급원으로 생명체의 세포에 저장  cf) 인지질 : 두 개의 지방산 그룹과 한 개의 인 그룹(PO4)으로 구성. 양친매성(amphipathic). 세포막의 구성.
• 탄수화물(carbohydrates) : 에너지를 제공 또는 세포 내 구조물. 단당류 : 오탄당(ribose, deoxyribose), 육탄당(glucose) / 다당류 : glycogen 등 
• 단백질(protein) : 세포의 구조 - 동물체의 건조중량의 50%를 차지 / 기능 - 세포 안팎의 지지 구조 형성, 신체의 운동 조절, 호르몬 등의 각종 리간드 물질이나 수용체와 같은 신호 전달자, 세포막의 물질 수송 통로, 생체 내 대사의 촉매 작용(효소), 생체 내 고분자 물질들의 수선과 유지 담당, 면역 작용(항체 등)
• 핵산(nucleic acid) : 기본 단위체 - 뉴클레오티드(오탄당 + 인 + 질소함유 염기(nitrogenous base)), 세 개의 염기는 어느 특정한 아미노산을 위한 암호를 구성. 즉, 염기서열은 동물의 유전암호를 구성, 각 유전자(gene)는 하나의 펩티드사슬에 대한 암호를 제공한다. 

2. 세포 구조(Cell Structure) 

• 세포막 : 구성 - 인지질(이중층), 단백질, 콜레스테롤(막에 안정성), 반투과성(semipermeability) : 소수성 분자 > 작은 비전하성 극성 분자 > 큰 비전하성 극성 분자 > 이온(전하성)
• 핵 : 1) 세포의 유전물질(즉 DNA)을 함유, 2) 단백질 합성의 암호를 제공함으로써 세포의 활성을 조절, 인지질 이중층의 이중막 구조 
• 핵소체(nucleolus) : 리보솜을 구성하는 RNA를 생성하는 곳, 리보솜은 단백질을 생성한다. 
• 리보솜 : 단밸질 합성, 약 60%가 RNA이고 40%는 단백질로 구성 
• 세포질세망(endoplasmic reticulum, ER) :
  - 과립세포질세망(rough endoplasmic reticulum, RER) : 단백질 저장 및 가공
  - 무과립세포질세망(smooth endoplasmic reticulum, SER) : 글리코겐과 지질 생성, 독소 제거 (지독칼탄) 
• 골지체(golgi apparatus) : 다당류와 리소좀(용해소체, lysosome)을 만드는 곳, RER에서 가공한 폴리펩티드를 받아 당 일부를 제거하거나 지질이나 당 등의 작은 작용기들을 붙임. 리소좀 - 세포에 의하여 섭취된 영양물을 소화하고, 더는 필요 없는 세포 구조물을 파괴하는 역할 
• 미토콘드리아(mitochondria) : 이중막(외막, 내막 - 크리스테(cristae) 구조), 영양물질들을 세포에 의하여 사용될 수 있는 에너지로 전환하고, 이 과정에 필요한 효소를 가지고 있다. 

3. 세포 기능(Cell Function)

1) 대사(metabolism) : 세포 내에서 일어나는 모든 반응을 지칭 

  - 동화작용(anabolism), 이화작용(catabolism)

2) 항상성(homeostasis) : 세포외액(extracellular fluid, ECF)의 유지

 * 세포외액의 구성분 : 물, 용해된 가스(산소, 이산화탄소), 무기이온(다량무기질, 미량무기질), 유기화합물(단백질, 아미노산, 지질, 탄수화물, 비타민), 호르몬, 노폐물 

3) 세포막을 통한 물질 교환 

  ① 확산(diffusion) - 분자들이 높은 농도에서 낮은 농도로 이동하는 것

  ② 삼투(osmosis) - 반투과성, 하나의 용매는 농도 평형을 이룰 때까지 막을 가로질러서 이동, 용질은 막을 통과할 수 없다.  

  ③ 능동수송(active transport) : 농도가 높은 쪽으로 분자들을 능동적으로 이동시키기 위해 에너지가 사용된다. 

  ④ 세포 내 이입(endocytosis) : 큰 입자는 세포막에 의하여 함입된 다음 공포(vacuole)로 들어가 세포질로 이동된다. 이후 리소좀이 이 공포와 결합하고, 입자를 부수는 데 필요한 효소를 제공하게 된다. 

  ⑤ 세포 외 유출(exocytosis) : 단백질을 포함하는 막으로 싸인 낭이 세포막과 결합하여 그 단백질을 세포외액으로 배출한다. 이러한 낭(골지소낭)은 골치체 내에서 만들어진다. 

 

4. 단백질 합성(protein synthesis) : 전사(transcription)와 번역(translation)

* 유전자의 발현 : 그 세포를 특성화시키는 특정 단백질을 생성

1) 전사 : DNA 내의 정보는 한 가닥의 메신저RNA(mRNA)에 전달되고, 이 mRNA는 세포질로 이동.

RNA 중합효소(polymerase)가 DNA에 결합되면 이중나선형의 DNA가 분리 -> 중합효소가 프로모터(promoter)라고 불리는 특정한 염기배열 부위를 인식하여 결합하면 전사가 시작 - >RNA 중합효소는 DNA 분자의 길이에 따라 움직이면서 상보적(complementary) RNA 가닥을 만든다. 

 

2) 번역 : 리보솜에서 일어나는데, 이는 mRNA에 있는 염기의 암호가 일정한 배열의 아미노산으로 전환되는 과정. 

mRNA의 세 개의 염기가 하나의 코돈(codon)이 된다. mRNA 분자는 리보솜에 결합한다. 그러면 세 개의 상보염기(안티코돈)를 가지고 있는 전이RNA(tRNA)가 이 mRNA에 부착한다. 각 tRNA 분자는 코돈에 특이적인 아미노산을 운반한다. 인접한 아미노산과 아미노산 사이에 하나의 펩티드 결합이 생긴다. 

 

5. 유사분열과 암(Mitosis and Cancer) 

- 유사분열을 통하여 하나의 세포가 나누어지며, 두 개의 동일한 세포를 만들게 된다.

- 빨리 분열하는 세포의 덩어리를 종양(tumor)라고 부르며, 통제되지 않은 세포분열은 암(cancer)을 초래한다. 

- 세포분열 속도는 세포를 둘러싸고 있는 세포외액에 존재하는 가용성 인자(soluble factor)들에 의하여 조절된다. 

골수나 위장관 : 줄기세포를 가지고 있음 / 간, 신장, 췌장 : 일상적으로 분열하지 않으나 손상 시 활발히 분열 / 신경이나 근육세포 : 분열할 능력 x

* 유사분열 단계 

1) 간기(interphase) : 분열하지 않는 세포에서, 유전물질을 염색질(chromatin)이라 부른다. 이러한 형태에서 염색질은 핵 내에 느슨하게 배치되어 있다. 이 단계는 세포가 그 DNA를 2배로 만드는 과정(복제)이다. 

2) 세포분열기

• 전기(prophase) : 염색체(chromosome)로 응축, 핵소체(nucleoli) 사라짐, 중심소체(centriole)가 분리되어 세포의 양 극단으로 이동, 염색체는 X자 모양
• 전중기 :  핵막이 사라짐, 염색분체(chromatid)는 중심절(centromere)에 동원체(kinetochore) 구조가 만들어지고, 동원체 방추사가 동원체에 부착 
• 중기(metaphase) : 방추체(spindle)가 두 개의 중심소체 사이에 형성, 염색체는 방추체 위에 배열, 세포가 가운데에 배열되기 때문에 핵형 분석에 제일 좋음.
• 후기(anaphase) : 자매염색분체 분리, 염색체는 V자 모양  
• 말기(telophase) : 전기에서 일어나는 변화가 반대로 일어남, 세포질분열(cytokinesis) 

6. 포유동물 번식(Mammalian Reproduction)

- 감수분열(meiosis)은 분열된 세포가 유전물질의 단지 절반을 가지게 되는 세포분열이다. 감수분열의 최종 결과로 네 개의 세포가 형성되며, 각 세포는 초기 염색체 수의 절반을 가지게 된다. 감수분열의 두 번째 분열은 유사분열과 기본적으로 똑같다. 

• 전기 1(prophase 1) : 싱동염색체(homologous chromosome)들이 서로 짝을 이룸, DNA 분절들의 교환(교차)가 일어난다.
• 중기 1(metaphase 1) : 상동염색체가 반대쪽 세포로 나누어질 곳에 정렬된다. 
• 후기 1(anaphase 1)과 말기(telophase 1) : 후기에는 상동염색체 분리.  

 

7. 임상분야(Clinical Practice)

* 종양(tumor) 또는 신생물(neoplasm)

 - 양성종양(benign tumor) 

 - 악성종양(malignant tumor) = 암(cancer), 암세포에서는 종종 많은 핵소체를 가진 큰 핵이 관찰된다. 염색질은 종종 응집된 형태로 관찰된다. 정상 조직에서보다 세포분열 과정에 있는 세포가 훨씬 더 많이 존재한다. 비정상적인 방추체가 관찰된다. 

 

ex) 하악부종(bottle jaw) = 오목부종(함요부종 pitting edema) : 턱 아래 조직 내에 액체가 고이는 증상을 표현. 극심한 기생충감염이 있는 양에서 관찰. // 장관 내에 있는 기생충이 매우 많은 양의 단백질을 소모해 버리기 때문에 동물이 혈류 내에 정상 단백질 수준을 유지할 수 없음 → 단백질 수준이 낮아지게 되면 혈관 내 삼투압이 떨어지게 됨 → 단백질이 계속적으로 감소함에 따라 물은 조직 내로 빠져 나감

 

ex) 투석(dialysis) : 신장부전 처치방법 중 하나. 요소(urea)는 투석에서 확산의 기능을 나타내는 지표로 사용된다.  신장부전이 있는 환자의 혈액 내에서는 요소 수준이 올라가고 독소로 작용한다. 

복막 투석(peritoneal dialysis) 시, 전해질 용액(electrolyte solution)을 도관(catheter)을 통해 복강 내로 주입하면, 요소는 혈류 속의 고농도로부터 복강내벽의 막을 가로질러 복강용액 속으로 확산. 그 후 복강용액은 체내에서 제거되어 혈액 속 요소의 농도가 효과적으로 감소. 반복적으로 시행

 

ex) 고양이는 많은 경우, 약물을 분해하는 특정 효소들을 아주 적에 가지고 있음. 아세트아미노펜(acetaminophen, 타이레놀)은 사람에 사용하기는 상당히 안전한 것으로 증명되어 있으나 종간 효소의 차이 때문에 이 약물은 고양이에게는 이 약물을 분해하는 효소인 1) glucuronyl transferase가 없기 때문에 매우 위험한 약물임. 2) 글루타치온 부족 

 

 

* 마취 anesthesia / 마취시키다 anesthetize

* 소수성 hydrophobic / 친수성 hydrophilic

* 포도당 glucose

* 신생물 neoplasm = 종양 tumor