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세포 (Cells) PowerPoint PPT Presentation


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세포 (Cells). 세포는 살아있는 유기체를 구성하는 구조적 , 기능적 기본 단위. 1. 세포의 화학적 조성. 수분 – 원형질의 70~85%, 화학반응의 매체 전해질 – 이온 상태의 물질 , Na + , Cl - , K + , Ca 2+ , H + , Mg 2+ , HPO 4 - , HCO 3 - 단백질 – 구조단백질 ( 세포막과 세포내 미세구조의 막을 구성하는 단백질 ) 과 기능단백질 ( 효소 , 운반체 등 세포의 생명현상에 관여하는 단백질 ) 지질 – 세포막을 구성하는 성분

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세포 (Cells)

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Presentation Transcript


Cells

세포(Cells)


Cells

  • 세포는살아있는 유기체를 구성하는

    구조적, 기능적 기본 단위


Cells

1. 세포의 화학적 조성

  • 수분 – 원형질의 70~85%, 화학반응의 매체

  • 전해질 – 이온 상태의 물질, Na+, Cl-, K+, Ca2+, H+, Mg2+, HPO4-, HCO3-

  • 단백질 – 구조단백질(세포막과 세포내 미세구조의 막을 구성하는 단백질)과 기능단백질(효소, 운반체 등 세포의 생명현상에 관여하는 단백질)

  • 지질 – 세포막을 구성하는 성분

  • 탄수화물 – 세포의 에너지 원, 세포막 구성

  • 핵산 – DNA, RNA


Cells

2. 세포의구조와 기능


Cells

  • 세포막(cell membrane)

    세포의 경계를 형성하는 선택적 투과막

    • 세포막의기능

    • 세포 내부 환경을 일정하게 유지하는 항상성 기능

    • 물질 운반(수동적 수송, 능동적 수송)

    • 동종 세포와 이종 세포를 구분하는 인지능력

    • 효소가 관여하는 특이적 화학반응

    • 특정 물질과 결합하는 수용체

    • 세포 간 결합

살아있는세포에서의 세포벽은 지속적으로

파괴되고 재생된다.


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< 유동모자이크모델 Fluid Mosaic Model>

  • cell membrane에 존재하는 인지질과 단백질은

    고정된 것이 아니고 마치 액체처럼 이리 저리 떠다닌다.

  • cell membrane에 박혀있는 단백질은 마치 모자이크와 같은 모양이다.

  • 그러므로 세포막은 단백질이 모자이크처럼 박혀있는

    액체성 막이다.


Cells

  • 세포막의 구조

  • 지질

  • 인지질 – 전체 지질의 60~70%

    • 이중층 구조(lipid bilayer)

    • 지질 용해도가 높은 물질이나

      호흡 가스는 자유롭게 이동하나

      수용성 물질이나 이온에 대해 장벽형성

  • 콜레스테롤

    • 지질의 25%

    • 막의 유동성 조절, 지질 이중층을 안정화

  • 당지질

    • 항원으로 작용

    • 세포간 인식


Cells

  • 단백질(다양한 단백질 분자가 지질 이중 층에 꽂혀있다.)

    • 구분

      : 표재성 단백질

      (external & internal surface of the cell membrane)

      : 내재성 단백질(transmembrane proteins)

    • 기능

    • 고정

    • 식별자

    • 효소

    • 수용기

    • 운반체

    • 통로


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  • 탄수화물

    • 당지질 또는 당단백의 형태로 존재

    • 항원성 : 세포 인지 작용

    • 수용체로 작용


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  • 세포막 연접

  • 부착반(adhesion junction)

    기계적자극을 받아 세포가 떨어져 나가는 것을

    막는 연접

  • 폐쇄연접(tight junction)

    세포 둘레를 띠 모양으로 연접

  • 교통반(gap junction)

    이웃 세포와 작은 물질이 이동할 수 있는 관이

    뚫려 있는 연접


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  • 세포질(Cytoplasm)– 세포막 내부 핵을

    제외한 부분


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  • 세포 내 소기관

  • 미토콘드리아(mitochondria) ; double membranes, 내 호흡 발생

    • 세포 내 동력실

    • glucose 를 사용하여 ATP(adenosine triphosphate) 생성

    • 근육 세포(muscle cell) 처럼 운동이 많은 세포는 더 많은 에너지를 필요로 하므로 mitochondria가 많다.


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  • 리보솜(ribosome)-막으로 둘러 싸여 있지 않으며 세포 내 소기관중 가장 많다.

    • 단백질 합성 기구

    • 과립 세포질 그물에 붙어(세포 밖에 유출되는 단백질 합성) 있거나 자유로이 부유(세포 내에 필요한 단백질 합성)


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  • 세포질 그물(endoplasmic reticulum) : membranous tubules & sacs

    물질 분자를 세포 안 이곳 저곳으로 운반하는 기능을 함

    • 과립세포질그물(rough endoplasmic reticulum)

      • 리보솜이 부착

      • 소화 효소 같은 단백질을 합성하여 운반소포를 통해 세포 외로 유출

    • 무과립세포질그물(smooth endoplasmic reticulum)- 리보솜이 부착되지 않아 매끈

      ☞단백질 합성 작용 X

      - poisons, wastes, & other toxic chemicals

      을 분해하는 작용

      - 콜레스테롤의 합성과 분해, 지방 대사에 관여

      - 간, 스테로이드 호르몬 합성 세포에 많다.

세포질 그물(endoplasmic reticulum) : 핵을 세포막과 연결해 주는 역할


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  • 골지체(Golgi apparatus) : 단백질이나 호르몬 같은 세포에서 생성된 물질이 세포 밖으로 유출될 수 있도록 하는 기능

    • 세포질그물과 연결되어 세포질 그물에서 만들어진 물질을 받아서

    • 포장, 저장, 농축 후 세포 밖으로 분비


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  • 용해소체(Lysosomes) : 골지체(Golgi apparatus)에서 형성된 소포체 중에서 강력한 소화효소인 가수분해효소를 포함하고 있는 소포체

  • 과산화소체(Peroxisome) : 아미노산, 지방산 등 유기물질을 산화시키고 난 부산물로 발생하는 H2O2를 인체에 무해한 물과 산소로 분해하기 위한 과산화효소(Peroxidase)를포함하는 소포체


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  • 중심소체(centrioles)

    • 핵 상부에 2개

    • 세포 분열 시 방추사를

      형성하여 분열한

      염색체를 양 극으로

      이동하도록 함


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  • 핵(nucleus)

  • 유전 정보

  • 일반적으로 한 개의 핵,

    성숙한 적혈구, 혈소판은 핵이 없음

    골격근은 여러 개의 핵

    -세포 내 물질대사 조절하여 세포 분열과 성장 및 단백질 합성에 관여


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  • 구성

  • 핵막(nuclear membrane)

    • 지질 이중층

    • 핵공: 세포질과 핵 사이의 물질 이동 통로

  • 핵소체(nucleolus)

    • 막으로쌓여 있지 않은 구형의 구조물

    • 염색질에 있는 DNA유전정보에 의해 rRNA합성

      → 단백질과 결합 후 핵공을 통과해 리보솜의 구성 성분이 됨


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  • 염색질(Chromatin)

    • DNA(Deoxyribonucleic acid)이중 나선구조가

      히스톤이라는 단백질을 감아 돌아 형성

    • 분열하지 않는 세포에서는 흩어져 나타나며 세포 분열 시 응축되어 염색체 형태 보임

    • 사람 : 23쌍의 염색체

    • 기능

      • 세포 분열 시 DNA복제를 통하여 다음 세대로 유전 정보 전달

      • 세포 성장 시 필요한 단백질 합성 정보


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  • 염색체 이상으로 초래되는 대표적 유전 질환

  • 다운 증후군(Down’s syndrome, Mogolism)

    21번 염색체가 3개 - 47개

  • 터너증후군(Turner’s syndrome)

    X염색체가 1개 – 45개

  • 클라인펠터증후군(Kleinefelter’s syndrome)

    XXY – 47개


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유전

  • 핵산(DNA와 RNA) : 구조 (인산-5탄당-염기)

  • 핵산에 있는 유전정보에 따라 언제, 어떤 단백질을 만들어야 하는 가를 결정

  • DNA(Deoxyribonucleic acid)

    퓨린염기 :아데닌(adenine), 구아닌(guanine)

    피리미딘염기 : 티민(thymine), 시토신(cytosine)

    A-T, G-C 이 상보적 수소결합 하고 있는 이중 나선 구조


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  • RNA(ribonucleic acid)

    • 종류

      • mRNA(messenger RNA) : 단백질합성 정보 전달

      • tRNA(transfer RNA) : 아미노산을 리보솜까지 운반

      • rRNA(ribosomal RNA) : 리보솜의 구조를 형성

    • DNA와의 차이

      • 5탄당이deoxyribose대신 ribose로 구성

      • 피리미딘 염기의 티민(thymine) 대신 우라실(uracil)

      • 단일나선


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  • 유전 정보의 흐름

  • 세포가 분열할 때 : DNA복제를 통해 다음 세대로 전달

  • 세포가 성장할 때 : 필요한 단백 합성 정보를 mRNA를 통하여 전달하여 세포질에서 tRNA를 통하여 리보솜에서 단백질 합성


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  • DNA복제 → 세포분열에서

  • 단백질 합성

  • 단백질의 아미노산 서열은 DNA에 암호화되어있다.

  • 전사(transcription) : DNA에 저장된 유전 암호를 복사하는 과정

    DNA두 가닥 중 한

    가닥을 주형으로

    RNA중합효소에 의해

    RNA(DNA에서 전사)

    한 가닥이 형성

    → mRNA

    → 핵공을 통해

    세포질로 이동


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  • 번역(translation) : mRNA가 가진 정보에 따라 리보솜과 결합하여 아미노산 사슬을 생산하는 과정

    리보솜에서 mRNA가닥의 정보를 3개(codon)로 읽을 때 마다 특정 아미노산이 결합된 tRNA가 리보솜에 결합하며 아미노산 사슬 형성


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유전 정보 해독 과정에는 시작 점과 끝나는 지점에 대한 정보도 포함


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세포 주기

  • 세포분열이 시작된 후부터 다음 세포 분열의 시작까지의 주기

  • 세포에 따라 분열 주기는 다르다.

  • 근육세포, 적혈구, 신경세포 등은 성숙하면 분열하지 않는다.


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  • 간기

  • 성장과 DNA복제가 이루어지는 시기

  • 세포 주기의 약 90%

  • G1기 : 세포분열을 위한 세포소기관과 세포질의 구성성분의 복제, 중심체 복제 시작

    (G0기 : 분열하지 않는 세포-신경)

  • S기 : DNA복제가 이루어지는 시기(두 가닥의 사슬이 풀리며 새로운 DNA사슬이 형성)

  • G2기 : 세포분열에 필요한 단백질과 효소 합성, 방추사를 구성하는 단백질 조립


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  • 세포 분열기(cell division)

  • 유사분열 (mitosis) – 체세포의분열

  • 전기(prophase)

    • 염색질이 염색체가 됨, 핵막 소실

    • 중심소체가 분배되어 반대 극으로 이동

    • 방추사 형성

  • 중기(metaphase)

    - 염색체가 적도판에 배열

  • 후기(anaphase)

    • 방추사의 수축으로 염색체가 분리되어

      양극으로 이동

  • 말기(telophase)

    • 방추사 소실, 염색체가 다시 염색질로 되며 핵막 형성

  • 세포질분열(cytokinesis)

    • 분할구에 의해 세포질이 2개로 분열,

      2개의 동일한 딸 세포 생성


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  • 감수분열(Meiosis)

  • 정자와 난자를 생산하는 기전

  • 두 번의 분열과정 (정상적인 제1분열, G기와 S기 없이 바로 제2분열)

  • 한 개의 세포 분열로 4개의 딸 세포 생성

  • 염색체 수가 반으로 줄어 유성 생식에 의해 형성된 자식이 반 수로 줄어든 두 벌의 유전 정보를 받도록 함


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<정자발생과 난자발생의 차이점>

  • Spermatogenesis는 1개의 정모세포로부터4개의 정자가 발생, oogenesis는 1개의 난모세포에서1개의 난자와 3개의 극체(퇴화)가 만들어짐.

  • Spermatogenesis는 사춘기 이후부터 평생 계속됨,

    Oogenesis는 사춘기 이후 부터 폐경기까지만

  • Sperm의 성염색체는 X, Y

    Ovum의 성염색체는 X


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세포막을 통한 물질의 이동


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  • 세포가 생명현상을 유지하기 위하여 주변환경과 물질을 교환하며 항상성을 유지하기 위해 노력한다.

  • 세포막을 통한 물질의 운반

  • 수동적 운반(Passive transport)

  • 능동적 운반(Active transport)


Passive transport

수동적 운반(Passive transport)

  • ATP 소모 없이 전기적, 화학적 경사에 따라 분자의 이동이 일어나는 것.

  • 확산, 촉진적 확산, 삼투, 여과

  • 확산 (Diffusion) : 농도경사에 따른 용질의 이동


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  • 삼투(Osmosis) : 선택적 투과막을 통과하는 용매의 이동

    체액의 삼투질 농도 – 300mOsm/kg H2O

등장성 용액 : 0.9% 생리적 식염수, 5% 포도당 용액


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  • 촉진적확산(Facilitated diffusion) : 수용성 물질, 큰 분자, 극성을 갖는 분자는 세포막을 통과할 수 없으나,

    세포막에 위치한 운반체(Carrier)를 이용하여 농도 경사에 따라 물질이 이동되는 것

    - channel protain, Carrier protein


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  • 여과(Filtration) : 정수압의 차에 따라 용질과 용매가 이동하는 현상


Active transport

능동적 운반(Active transport)

  • 농도 경사, 압력 경사, 전기적 경사에 역행하여 ATP를 사용하여 물질이 이동되는 과정


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<능동적 운반의 특성>

  • 특이성(specificity) : 특정한 물질은 특정한 분자와만 결합되어 운반된다.

    (ex. Na+운반체, 아미노산 운반체, 포도당 운반체)

  • 유사한 물질 결합에 대한 경쟁성

    유사한 분자들이 한 개의 운반체에 경쟁적으로 결합

    이 경우 → 경쟁적 억제


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  • 포화 현상 : 운반체의 양이 일정하므로 운반되어야 할 용질의 농도가 높아지더라도 모든 운반체가 포화상태에 이르면 더 이상 이동 속도가 증가하지 않는다.

    → 최고이동속도(Maximum transport speed)

  • 에너지사용

    물질을 운반하는 데 에너지가 소모된다.

    → 온도가 낮아지거나 대사가 억제될 경우 능동운반은 억제된다.


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<능동적 운반의 종류>

  • 일차 능동 운반

    (Primary active transport)

    직접 에너지 산출반응과

    연계되어 용질이 운반되는 것

    • Sodium–Potassium Pump

      ATP 한 분자가 분해될 때

      3개의 Na+가 세포 밖으로

      2개의 K+가세포 안으로

      → 양이온 1개가 세포 밖으로

      더 나감

    • Ca2+ pump(근육)

    • Proton pump(위벽)


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  • 이차 능동 운반(Secondary active transport)

    2개 이상의 용질 운반과 연관된 운반과정

    하나의 용질은 농도경사에 순응하여 운반되는 동안 다른 용질의 역행성 운반에 에너지를 제공하는 것

    • 동향수송(symport)

      소장에서의 Na+-Glucose symport

      원위세뇨관의NA+-K+-Cl-symport

    • 역방향수송(antiport)

      Ca2+-Na+antiport

      Na+-H+antiport


Bulk transport

대량이동(Bulk transport)

  • 단백질이나지질 같은 분자 크기가 큰 물질이나 세포덩어리도 세포막을 통하여 이동시키는 것

  • 에너지를 사용하므로 ATP를 합성할 수 있는 세포에서 발생

  • 세포내 이입(Endocytosis)

  • 세포외유출(Exocytosis)


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  • 세포내 이입(Endocytosis)

  • 포식작용(Phagocytosis) : 물에 용해되지 않는 고체입자를 세포 내로 운반하는 작용

    ex) virus, bacteria


Cells

  • 음세포작용(Pinocytosis) : 세포밖의 액성 물질을 세포 내부로 유입시키는 작용


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  • 수용기에 의한 세포 내 유입 : 특정 물질과 결합하는 단백질분자(운반체)와 결합할 수 있는 물질(ligand)만 선택적으로 세포 내로 함입되는 운반과정

    ex) 철, 콜레스테롤, 호르몬


Cells

  • 세포외유출(Exocytosis)

    세포 내에서 생성된 물질을 세포막을 투과하는 과정을 거치지 않고 직접 세포 밖으로 배출, 분비하는 기전

    ex) 호르몬, 효소, 신경전달물질


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