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세포 (Cells)

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

  1. 세포(Cells)

  2. 세포는살아있는 유기체를 구성하는 구조적, 기능적 기본 단위

  3. 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

  4. 2. 세포의구조와 기능

  5. 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.

  6. < 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.

  7. 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

  8. 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

  9. 탄수화물 • 당지질 또는 당단백의 형태로 존재 • 항원성 : 세포 인지 작용 • 수용체로 작용

  10. 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

  11. 세포질(Cytoplasm)– 세포막 내부 핵을 제외한 부분

  12. 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.

  13. 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)

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 중심소체(centrioles) • 핵 상부에 2개 • 세포 분열 시 방추사를 형성하여 분열한 염색체를 양 극으로 이동하도록 함

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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

  27. 유전 정보 해독 과정에는 시작 점과 끝나는 지점에 대한 정보도 포함

  28. 세포 주기 • 세포분열이 시작된 후부터 다음 세포 분열의 시작까지의 주기 • 세포에 따라 분열 주기는 다르다. • 근육세포, 적혈구, 신경세포 등은 성숙하면 분열하지 않는다.

  29. 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

  30. 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

  31. 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

  32. <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

  33. 세포막을 통한 물질의 이동

  34. 세포가 생명현상을 유지하기 위하여 주변환경과 물질을 교환하며 항상성을 유지하기 위해 노력한다. • 세포막을 통한 물질의 운반 • 수동적 운반(Passive transport) • 능동적 운반(Active transport)

  35. 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

  36. 삼투(Osmosis) : 선택적 투과막을 통과하는 용매의 이동 체액의 삼투질 농도 – 300mOsm/kg H2O 등장성 용액 : 0.9% 생리적 식염수, 5% 포도당 용액

  37. 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

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

  39. 능동적 운반(Active transport) • 농도 경사, 압력 경사, 전기적 경사에 역행하여 ATP를 사용하여 물질이 이동되는 과정

  40. <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

  41. 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.

  42. <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)

  43. 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

  44. 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)

  45. 세포내 이입(Endocytosis) • 포식작용(Phagocytosis) : 물에 용해되지 않는 고체입자를 세포 내로 운반하는 작용 ex) virus, bacteria

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