일반생물학 7_6강 세포간의 연결, 세포막, 세포벽, 세포 간 연접

세포막이나 세포벽과 같은 구조는 직관적으로 생각해봤을 때, 세포의 경계로 여겨지지만, 실제로는 많은 세포는 이 경계를 넘어 물질을 생산하고 방출한다. 이러한 세포외부 구조들은 다양한 필수 세포 과정에 관여하기 때문에 세포 생물학을 이해하는 데 여전히 중요하다.

 

목차

 

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식물세포의 세포벽

동물세포와 달리 식물세포는 세포벽(cell wall) 구조를 가지고 있다.

2023.01.05 - [일반생물학] - 일반생물학_7-1강 세포란 무엇일까? 세포 개요

일반생물학_7-1강 세포란 무엇일까? 세포 개요

 

세포벽은 세포를 보호하고 형태를 유지하는 역할을 하고, 물의 흡수와 방출에 영향을 준다. 또한 식물은 위로 자라기 때문에, 중력의 영향으로부터 저항하는 역할도 한다고 알려져있다. 

 

식물과 달리 진균이나 세균도 세포벽을 가지고 있기도 하지만, 셀룰로스가 식물세포벽의 구성성분인 것과 달리, 진균은 키틴, 세균은 펩티도글리칸이라는 성분의 세포벽을 가지고 있다.

 

셀룰로스는 다당류로, 미세한 섬유를 이루며 세포 내에서 셀룰로스 합성효소에 의해서 합성되어 외부로 분비 된다. 분비된 셀룰로스는 다른 단백질 기질에 들어가서 세포벽을 이룬다.

식물 세포벽의 구조

세포벽은 1차 세포벽과 2차 세포벽이 존재하는데, 1차 세포벽(primary cell wall)은 어린 식물세포가 분비하는 얇고 구부러지기 쉬운 벽이다. 세포가 성숙하면 세포막과 1차 세포벽 사이에 2차 세포벽(secondary cell wall)이 형성되는데, 세포를 보호하고 지지하는 단단한 구조를 갖는다. 2차 세포벽은 여러층으로 쌓여서 목재와 같은 구조를 만든다. 바깥쪽에 형성된 1차세포벽과 이웃 세포의 1차 세포벽 사이에는 끈적거리는 중간 라멜라(middle lamella)가 있는데, 다당류의 얇은 층으로 세포와 세포를 붙여주는 역할을 한다.

 

이런 식으로 세포와 세포는 단절되어 있는것처럼 보일 수도 있지만, 세포벽에는 원형질안락사(plasmodesmata)라 불리는 구멍이 뚫려있어서 물질을 주고받을 수 있도록 연결되어 있다.

 

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동물세포의 세포외 기질

동물세포는 식물 세포와 달리 세포벽구조가 존재하지 않는다. 동물세포는 정교한  세포외기질(extracellular matrix, ECM)을 가지고 있으며, 이는 다세포 유기체의 조직과 장기 내의 세포를 둘러싸고 있는 살아있지 않은 세포외 분자의 복잡한 네트워크이다. ECM은 탄수화물 및 기타 고분자뿐만 아니라 콜라겐, 엘라스틴, 피브로넥틴과 같은 다양한 당단백질로 구성되어 있다.

 

세포외기질(ECM)의 구조

 

콜라겐(collagen)은 흔히 말하는 족발이나 닭발 등에 들어있는 그 성분이 맞으며, 세포 외부의 강한 섬유조직을 형성하는 역할을 한다. 콜라겐이 종종 몸에 도움이 되는 특별한 물질인 것처럼 말하지만(주름개선등의 효과가 있는..?), 사실 사람의 몸 전체 단백질의 약 40%를 차지하고 있다(그리고 먹어봤자 소화될뿐^^..). 콜라겐 섬유는 다른 당단백질인 프로테오글리칸(proteoglycan)의 섬유구조에 끼어들어가서 구조를 단단하게 하는 복합체를 형성한다.

 

피브로넥틴(fibronectin)과 같은 세포외기질 단백질들은 세포막에 있는 인테그린(integrin)에 결합한다. 인테그린은 세포 표면에 있는 수용체 단백질이며, 미세섬유에 붙어있고, 세포골격 사이의 변화를 전해주어 세포 내부와 외부를 통합하는 역할을 한다.

전박적으로 세포외기질은 셀의 모양과 기능을 유지하는 데 도움이 되는 구조적 지원을 제공한다. 구조적 역할 외에도 세포 신호 전달, 세포 접착 및 세포 이동에 중요한 역할을 하며, 조직 발달, 상처 치유, 면역 반응과 같은 과정에 관여한다.

세포외기질의 기능 장애나 변형은 다양한 질병 및 상태로 이어질 수도 있다. 예를 들어, 콜라겐 합성의 결함은 엘러스-단로스 증후군과 같은 결합조직 장애로 이어질 수 있고, 암세포의 ECM의 이상은 종양 성장과 전이를 촉진할 수 있다.

 

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세포간 연접

연접이란 직접적인 물리적으로 접촉을 하여 닿아있는 상태를 말한다. 다양한 종류의 세포들 간에는 이웃한 세포와 물리적 접촉이 일어나, 상호작용과 교신을 하는 것으로 알려져 있다.

 

식물세포는 위에 그림에서 볼 수 있듯이 원형질안락사(plasmodesmata) 구조로 세포벽에 구멍이 뚫려있다. 세포질에서 이웃한 세포질로 이동할 때, 이 원형질 안락사를 통해 물질을 주고 받을 수 있다. 이런 연결 통로가 있기 때문에, 식물이 하나의 유기체로서 통합된 환경을 가질 수 있다. 

 

동물세포의 연접 형태

동물세포는 세 가지의 연접 형태를 가지고 있다. 

첫 번째로 밀착연접(tight junctions)은 세포들의 막이 밀착하게 붙어서 단단한 구조를 이루고, 단백질들을 공유하여 밀봉한 형태이다. 우리 피부가 외부의 환경과 분리되어 방수가 된다거나 하는 것도 이런 밀착연접을 통한 기능이다.

두 번째로 데스모솜(desmosome)은 못과 같은 방법으로 세포를 조이는 구조이다. 단단한 케라틴 단백질로 이루어진 중간 섬유가 세포를 연결하고 있다. 주로 운동을 할 때, '근육이 파열되었다'는 것은 이 데스모솜 구조가 찢어졌다는 뜻이다.

마지막으로 간극연접(gap junctions)이 있다. 흔히 인접한 세포 간에 연결 통로가 있는 연접을 말하며, 막단백질로 구성되어 있다. 이 구멍을 통해 원형질안락사보다는 작지만 이온이나 당, 아미노산 등 작은 분자들을 주고 받을 수 있다.

 

 

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마무리

세포들을 생각할 때, 하나의 세포를 생각하게 되는 경우가 많지만, 세포의 구조는 사실 여러 세포들 간의 연결을 통해 홀로 작용하지 않는다. 따라서 면밀하게 연결된 세포들을 전반적으로 살펴보는 것이 굉장히 중요하다. 뿐만 아니라 하나의 세포 내에서도 세포 소기관들은 협력하여 작용하기 때문에, 세포의 유기적인 메커니즘을 이해하는 것이 굉장히 중요하다.