세포는 생명체의 구조적, 기능적 기본 단위이며, 대중들에게도 흔히 알려져 있는 개념이다. 화학에서 원자가 있듯이, 생물학에서는 세포가 있다고도 할 수 있으며, 사람의 세포와 같은 동물세포, 식물을 이루는 식물세포 등의 다양한 형태의 세포들이 존재한다. 지금 이 순간에도 글을 읽으며, 뇌세포와 근육세포, 신경 세포 등이 몸속에서 활동을 하고 있을 것이다.
목차
세포와 생명체
모든 생명체라고 불리는 것은 세포로 구성되어 있으며, 세포로 구성된 유기체를 생명체라고 불러도 크게 틀리지 않은 말이다. 생명체들은 하나의 세포로 살아가는 단세포부터, 여러 역할을 분담하는 세포들이 모인 다세포 생물까지 다양한 형태로 존재한다.
세포들은 생명체들의 진화와 함께 여러가지 다양한 기능과 형태로 진화되어 왔다. 따라서 세포의 종류와 구조에 대하여 살펴봄으로써, 생명체에 대한 전반적인 이해를 할 수 있다.
세포의 관찰
대부분의 세포는 육안으로 확인할 수 없을 정도로 크기가 작기 때문에, 이를 자세히 볼 수 있게 도와주는 도구가 있지 않다면 연구가 쉽지 않다 (물론 2022.10.05 - [과학지식] - 세상에서 가장 큰 단세포 생물 발로니아 벤트리코사 (Valonia ventricosa)와 같이 예외적인 경우도 있다!)
현미경(microscope)은 이런 인간의 감각을 크게 확장 시켜주었고, 세포의 존재를 발견하도록 하였다. 16세기 정도에 네덜란드에서 안경을 만들던 얀센 부자에 의해 만들어졌고, 이후에 안톤 판 레벤후크(Anthon van Leuwenhoek)에 의해서 발전되었다(당시 만든 현미경이 벌써 250배 이상의 배율을 가졌다고 한다). 이런 현미경에 발명과 더불어 로버트 후크(Robert Hooke)는 죽은 참나무 껍질을 현미경으로 관찰하면서 세포를 관찰하였고 세포(Cell)라는 단어를 명명하였다. 이후 레벤후크는 살아있는 세포를 관찰하였다.
이러한 현미경에는 여러 종류가 있는데, 일반적으로 고등학교나 학생들을 대상으로 소개되는 현미경은 광학현미경(light microscope, LM)이며, 실제 상보다 대략 1000배(최근에는 2000배 이상) 확대된 상을 관찰할 수 있다. 다만, 1000배가량이 확대 된다고 해도, 세균과 같이 작은 미생물이나 세포 소기관은 쉽게 관찰할 수 없는 단점이 있다.
1950년대에 이르러서 전자현미경(electoron microscope, EM)이 등장하여, 이러한 한계를 넘어서게 되었다. 전자 현미경은 흔히 우리가 생각하는 빛으로 관찰하는 현미경이 아닌, 전자를 시료에 투과시키거나 반사시키는 방법으로 세포의 상을 확인한다. 이 방법에 따라서 대상의 표면을 관찰 할 수 있는 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)과 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)으로 나누어진다.
이런 현미경을 통한 방법 외에도, 세포를 파쇄한 후, 질량에 따라 원심분리를 통하여 세포소기관을 분리하는 세포분획법(cell fractionation)을 이용하기도 한다. 세포분획법은 현미경과 달리 형태를 볼 수는 없지만, 특정 세포소기관에 대한 연구를 진행할 때, 대량으로 얻을 수 있는 장점이 있다.
원핵세포와 진핵세포
모든 세포는 세포막을 가지고 있어 외부환경과 내부환경에 차이를 만든다는 공통적인 특징을 가지고 있고, 내부환경은 세포기질(cytosol)로 차있으며, 이곳에 여러 소기관들이 떠 있는 형태를 가지고 있다.
세포는 한 개체에서 기능에 따라 여러 형태를 갖기도 하지만, 다른 분류군 사이에서는 완전히 다른 형태를 보이기도 한다. 기본적으로 생물은 원핵생물(prokaryote)과 진핵생물(eukaryote)로 나눌 수 있는데, 이를 나누는 기준은 세포 내 핵의 존재 유무이다. 원핵 생물에는 세균과 고세균이 있으며, 그외 동식물, 진균 등은 진핵생물에 속한다.
원핵세포(prokaryotic cell)는 DNA가 세포 내부에 아무렇게나 퍼져 있지만, 진핵세포(eukaryotic cell) DNA가 핵막이라는 이중막 안에 존재한다.
또한, 진핵세포는 다양한 세포소기관들이 막으로 둘러싸여져 있어, 특정한 소기관을 이루고 있지만, 원핵세포내에서는 소기관이 존재하지 않는 것이 큰 차이점이다. 그러나 원핵세포 내에서도 아무렇게나 뒤섞여있는 것이 아니고 일부 생물에서는 단백질로 특정 지역에서 특이적인 반응이 일어나는 것이 알려졌다.
크기에서도 차이가 있는데, 대체적으로 진핵세포가 원핵세포보다 약 10배 이상 큰것으로 알려져 있는데, 생물마다 세포의 크기에는 차이가 있다. 그렇다고 해서 그 차이가 엄청나게 크지는 않은데, 이는 물질대사가 적절하게 이루어지려면 일정 수준의 표면적을 갖는 것이 유리하기 때문이다. 즉, 코끼리 처럼 큰 생물이라고 하더라도, 세포가 큰 것이 아니라 세포의 수가 많은 것이다. 그 이유는 세포끼리 물질을 전달 받을 때, 세포의 중심부까지 전달되기 위한 거리가 너무 멀면 효율이 떨어지기 때문이다.
진핵세포는 분류군에 따라서 형태적으로 다양하다.
동물세포와 달리 식물세포와 진균세포는 세포벽을 가지고 있지만, 그 구성성분이 다르기도 하고(식물세포: 셀룰로오스, 진균세포: 키틴), 형태와 역할도 다르다. 또한 식물세포는 다른 세포들과 달리 광합성을 하는 소기관인 엽록체(chloroplast)를 가지고 있다. 또한, 다양한 종류의 단세포 생물들은 각각 색다른 형태의 구조를 갖기도 한다.
마무리
세포는 다양한 형태를 보이고 있다는 것을 확인하였다. 각각의 소기관인 핵, 미토콘드리아, 골지체 등에 대하여 다음 포스트에서 기능과 구조를 자세히 살펴볼 것이다.
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