생물기기분석 및 싫험 수업노트-1: 세포
- 차 례 -
I. 세포의 구조
1. 생물체의 분류
2. 원핵세포와 진핵세포
II. 원핵세포와 진핵세포의 발현
1. 불변의 원리 (Central dogma)
2. 원핵세포
3. 진핵세포
- 강 의 내 용 -
I. 세포의 구조
1. 생물체의 분류
(1) 동물 진핵세포
(2) 식물 진핵세포
(3) 미생물
1) 원생동물 (protozoa) 진핵세포
2) 효모와 곰팡이 (yeasts & molds) 진핵세포
3) 조류 (algae) 진핵세포
4) 세균류 (bacteria)
- 진정세균 (eubacteria) 원핵세포
- 고박테리아 (archaebacteria) 원핵세포
(4) 바이러스 (virus)
그림1. 생물체의 계통학적 분류
2. 원핵세포
(1) 원핵세포의 특성
a. 핵막이 없다.
b. 인이 없다.
c. DNA와 연결된 histone 단백질이 없다.
d. DNA양은 7.5x105-5.0x106 염기쌍이다.
e. 일반적으로 유전자에 intron들이 결여되어 있다.
f. 염색체가 하나이다.
g. 세포크기는 흔히 수 ㎛3를 넘지 않는다.
h. 광합성박테리아 외에는 세포내 막성소기관이 발달되어 있지 않다.
I. 미세소관, 미세사, 중간단섬유 등이 결여되어 있다.
j. 원형질막에 흔히 sterol 성분이 없다.
(2) 원핵세포의 구조
(3) 원핵세포의 구성성분
1) 세포벽
a. 세포벽(cell wall)은 세포를 둘러싸고 있는 단단한 구조물
b. 주위 환경의 삼투압 변화에 대하여 세포를 보호하는 기능
c. 그램양성균의 세포벽 성분은 peptidoglycan과 teichoic acid
d. 그램음성 균의 세포벽은 peptidoglycan, lipopolysaccharide, lipoprotein
2) 세포막
a. 세포벽 안쪽에 있는 세포막(cell membrane)은 지질과 단백질로 구성
b. 여러 가지 물질을 선택적으로 통과
c. 원핵세포의 세포막에는 몇 가지 중요한 효소가 존재
d. 원핵세포의 세포막은 진핵세포의 소기관 막과 같은 기능
e. 원핵세포의 세포막에서는 호흡효소반응, 산화적 인산화반응, 인지질합성반응
f. 그램양성 간균이나 방선균 등에서는 세포막에 부착된 메소좀(mesosome):
막성기관을 볼 수 있는데 이곳은 세포의 호흡효소가 집중된 부위
3) 세포질
a. 세포의 가용성 구분으로 단백질과 여러 가지 대사물질로 구성
b. 높은 점성 을 나타내는 용액
c. 해당경로(glycolysis), 지방산 합성, 단백질 합성 등의 다양한 대사 반응
4) 핵영역
a. 핵영역(nuclear zone)은 고도로 꼬여진 상태의 유전자 즉 DNA가 존재
b. 이 DNA는 이중나선 구조를 가지며 말단이 서로 연결된 환상(環狀) 형으로 존재
c. 원핵세포의 DNA는 진핵세포의 DNA 보다 크기가 매우 작음
d. 원핵세포가 생존 하는데 필요한 모든 유전정보를 가지고 있음
6) 리보좀
a. 세균의 세포는 약 15,000개의 리보좀(ribosome)을 가지고 있음.
b. 세균의 리보좀은 30S 및 50S subunit로 구성되어 있음
c. 각 subunit는 단백질 35%, RNA 65%로 구성
d. 리보좀은 단백질 합성장소
e. mRNA는 subunit 사이에 부착하여 아미노산의 배열을 지정
3. 진핵세포
(1) 진핵세포의 특징
a. 핵막이 있다.
b. 인이 있다.
c. histon 단백질이 DNA에 결합되어 있다.
d. DNA양은 약 1.5 X107염기쌍이다.
e. 대부분 유전자에 intron들을 갖고 있다.
f. 둘 또는 그 이상의 염색체를 갖고 있다.
g. 세포크기는 수 ㎛3로부터 수 ㎜3에 이른다.
h. 잘 발달된 세포내막계와 막성소기관을 갖고 있다.
I. 미세소관, 미세사, 중간단섬유 등을 갖고 있다.
j. 원형질막에 sterol 성분을 갖고 있다.
(2) 진핵세포의 구조
(3) 진핵세포의 구성성분
1) 세포막(형질막)
a. 세포막은 인지질과 여러 종류의 단백질로 이루어진 유동성의 이중층(bilayer) 막 b. 세포막은 세포 내용물을 보존하며 여러 가지 이온이나 물질을 선택적으로 수송 c. 각종 호르몬의 수용부위와 세포 사이의 접착에 관계하는 다당류와 단백질이 있음
d. 세포의 독특한 면역학적 성질이 나타나게 함
2) 세포질
a. 세포질은 세포막과 핵 사이에 있는 세포의 원형질(protoplasm)
b. 생명현상의 기본 특성은 모두 이곳에서 나타남.
c. 물(75～85%), 전해질(1.5%), 단백질(10～20%), 지질(2～3%), 탄수화물(1%)로 구성
d. 해당경로, HMP 경로, 지방산 생합성 등 여러 가지 대사에 관여하는 효소계가 존재
e. 세포질 내에는 일정한 생체기능을 나타내는 세포소기관이 존재
3) 핵과 핵소체
a. 핵(nucleus)은 염색체와 핵소체(인, nucleolus)를 함유하고 있음
b. 염색체의 DNA에는 유전정보가 축적되어 있으며 이것을 전사하기 위한 장소를 제공
c. 여러 가지 가수분해 효소를 함유하고 mRNA 및 tRNA를 합성하는 장소
d. 핵소체는 다량의 RNA를 함유하며 rRNA를 합성하고 수식하여 세포질로 내보냄
4) 미토콘드리아
a. 미토콘드리아는 2개의 막, 즉 평활한 외막과 굴곡이 많은 내막으로 둘러싸인 구조
b. 세포내 에너지 대사의 중심적인 역할
c. 세포의 에너지 대사에 관여하는 효소가 외막, 외막과 내막의 사이, 내막, matrix 내
d. 보효소, 기질, 효소 등을 외부보다 훨씬 고농도로 농축할 수 있음
e. 효소반응 속도에 영향을 준다.
f. 내막과립에서는 산화적 인산화의 최종반응인 ATP의 합성이 일어남
g. 미토콘드리아 내막은 oxaloacetate, fumarate, NAD+, NADH 등은 통과할 수 없음
h. pyruvate, malate, aspartate, sn-glycerol-3-phosphate, dihydroxyacetone phosphate, glutamate, citrate, isocitrate 등은 통과할 수 있음
i. ATP와 ADP는 교환에 의해 통과할 수 있음
j. 미토콘드리아는 자신의 유전정보를 제공하는 독자적인 DNA를 함유
5) 소포체 (endoplasmic reticulum, ER)
a. 소포체는 막으로 된 통로
b. 세포 전체에 걸쳐서 존재하며 원형질막과 연결되어 있음
c. 소포체의 기능
- 세포소기관을 구성하는데 필요한 거대분자의 생합성
- 세포 외로 분비할 단백질을 저장하고 가공하는 것
- 세포내부와 외부로 물질을 수송하는 작용
d. 일부 소포체의 표면에는 핵단백질로 된 리보좀이라는 작은 입자들이 부착
f. 소포체의 리보좀은 세포에서 단백질 합성이 일어나는 장소
g. 소포체에는 여러 가지 막성의 효소가 존재
6) 리소좀
a. 리소좀(lysosome)은 단일막으로 둘러싸인 작은 주머니
b. 30~50종 이상의 가수분해효소가 집중
- phosphatase, protease, glycosidase, lipase, 핵산가수분해효소
- 약산성에서 작용하는 되어 있는 효소
c. 세포에서 청소부 역할을 하며 세포가 죽으면 바로 세포성분들을 분해함
d. 식작용의 과정에서 이물질들을 분해할 필요가 있을 때도 관여하는 것으로 생각
e. 골기체에 의해 조직화된 lysosome은 탐식과립과 합체하여 소화액포를 형성
f. 미소화물은 세포 외로 배출되거나 자가탐식소포를 만듬
7) 골기체
a. 골기체(Golgi body)는 분비과립을 만들고 세포막 및 세포벽 구성성분을 만듬
b. lysosome 구조를 조직화 함
c. 많은 단백질들은 다당류 사슬과 같은 아미노산 이외의 다른 성분을 함유 d. 리보좀에서 합성된 polypeptide는 소포체에 있는 통로 속으로 분비되어 골기체로
수송됨
e. 골기체에서는 polypeptide 사슬이 연장되기도 하고 특이한 glycosyl기 전달효소에
의해 당류가 첨가되어 다당류 사슬을 형성시킬 수도 있음
f. 완성된 생성물은 골기소포에 싸여서 원형질막으로 이동
g. 원형질막과 융합하고 소포안에 들어 있던 단백질을 세포 바깥 환경으로 방출
8) 미소세관
a. 미소세관(microtubulus)은 tubulin이라고 하는 단백질
b. 세포내 골격을 만들고 세포의 운동에 관여하는 것으로 생각됨
9) 세포벽
a. 세포벽은 식물의 세포에 있는 것으로 여러 층의 섬유소(cellulose)로 구성
b. 두껍고 단단한 구조
c. 이것은 식물세포에 매우 큰 물리적 강도를 부여하여 세포를 보호하는 작용
10) 엽록체(chloroplast)
a. 엽록체는 모든 광합성 식물의 세포에서 발견되는 이중막을 가진 세포내 소기관
b. 태양에너지를 화학에너지로 바꾸고 저장하는 복잡한 과정이 일어나는 부위
c. 광합성에 이용되는 엽록소 (chlorophyll)와 효소는 lamella라는 막에 농축되어 있음
d. 이것은 원판모양의 thylakoid를 형성
e. Thylakoid가 모여서 stroma 막으로 서로 연결된 grana를 형성
f. 엽록체도 미토콘드리아와 같이 자신의 독특한 DNA를 가지고 있음
II. 원핵세포와 진핵세포의 유전자 발현
1. Central dogma (불변의 원리)
(1) DNA duplication: DNA-dependent DNA polymeration
(2) transcription : DNA-dependent RNA polymeration
(3) translation : RNA (DNA)-depedent protein synthesis
2. 원핵세포
(1) Procaryotic transcription
(2) Procaryotic transcription and translation
(3) animation
1) DNA replication
http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/dna-rna2.swf
2) transcription
http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.html
3) translation
http://www.johnkyrk.com/DNAtranslation.html
http://www.biostudio.com/d_%20Protein%20Synthesis%20Prokaryotic.htm
3. 진핵세포
(1) RNA processing (Intron & Exon)
1) 전사 후에 생기는 RNA는 precusor RNA
2) DNA의 intron에 해당하는 RNA 부분을 제거하여야 활성 단백질의 합성이 가능
3) RNA processing이 핵에서 이루어진 후에 mature RNA가 세포질로 이동
4) 세포질에서 활성 단백질의 합성이 진행
(2) 단백질 합성
