진핵 세포에 내에서, 세포의 유전자 발현에 관련된 두 개의 세포 구성 요소는 핵과 리보솜이다. 핵은 세포의 유전 정보의 저장, 조절, 발현을 담당하며, 리보솜은 RNA에 저장된 유전정보를 해독하고 아미노산을 함께 연결해 단백질을 형성함으로써 단백질 합성의 중요한 과정을 수행하는 중요 구성 요소이다.
목차
핵의 구조와 기능
생물학에서 핵(nucleus)은 진핵 세포의 유전 물질을 포함하는 중심 기관이다. 대부분의 핵은 전형적으로 구형 또는 타원형인 막 결합 구조이며, 세포의 세포질(cytoplasm)에 위치한다. 핵은 핵막(nuclear envelope)에 둘러싸여 있으며, 5 μm정도 지름의 크기이다. 이 때, 핵막은 이중막(double membrane) 구조를 가지고 있고, 각각의 막은 인지질 이중층으로 구성되어 있다. 핵막은 핵공을 제외하고 핵막층(nuclear lamina)로 되어 있는데, 이것이 핵의 모양을 유지 시키고, 내부에는 핵기질(nuclear matrix)로 이루어져 있을 가능성이 높다.
진핵 세포의 유전 물질은 DNA의 형태로, 염색체(chromosome)라고 불리는 별개의 구조로 조직된다. 핵은 DNA와 관련된 단백질로 구성된 하나 이상의 염색체 쌍을 포함한다. 염색체는 세포 분열 중 현미경으로 볼 수 있으며 유기체의 특성을 결정하는 유전 정보를 포함하고 있다. 염색체를 구성하는 DNA와 단백질의 복합체를 염색질(chromotin)이라고 부르기도 하며, 세포 분열이 일어나지 않을 때는 염색질이 세포 내부에 퍼져 있는 형태로 관찰된다.
핵은 필요할 때마다 DNA 정보에 따라서 mRNA(messenger RNA, 전령RNA)를 합성한다. 이 mRNA는 핵공을 통해 세포질로 이동하여 내제되어 있는 단백질을 합성하는데 이용된다. 이 때, 리보솜이 mRNA의 유전정보를 읽어, 정해진 폴리펩타이드 1차구조로 번역한다.
핵은 또한 핵과 핵 외피와 같은 많은 다른 중요한 구조들을 포함하고 있다. 인(nucleolus)는 단백질 합성을 담당하는 리보솜의 생산에 관여하는 작고 밀도가 높은 구조이다. 전자현미경을 통해 관찰하면 빽빽하게 염색된 섬유질의 덩어리로 관찰된다. 이 인에서 DNA 정보에 있는 rRNA(ribosome RNA)가 합성된다. 이 합성된 rRNA는 세포질로부터 유입되는 단백질들과 복합체를 이루어 리보솜 소단위체와 대단위체로 결성된다. 인이 여러 개 일 수도 있는데, 생물종이나 세포의 생식주기에 따라 달라지는 것으로 보이며, 인에 대한 추가적인 기능이 있을 것으로 과학자들은 생각하고 있다.
유전 정보의 저장과 발현 외에도, 핵은 세포 분열에서 역할을 한다. 유사분열이 일어나는 동안, 핵의 염색체들은 복제된 다음 두 개의 딸 세포들 사이에 균등하게 분할된다. 이것은 각 딸 세포가 유전 정보의 완전한 세트를 받도록 보장하여, 세포가 적절하게 기능할 수 있게 하고 잠재적으로 새로운 세포를 만들 수 있게 한다.
핵은 세포 분열뿐만 아니라 유전 정보의 저장, 조절, 발현에 중요한 역할을 하는 진핵 세포에서 필수적인 기관이다.
리보솜의 구조와 기능
리보솜(ribosome)은 모든 살아있는 세포에서 발견되는 작고 복합적인 입자이며 단백질의 합성을 담당한다. 리보솜은 rRNA와 단백질 분자로 구성되어 있으며, 세포의 세포질에서 자유롭게 발견되거나 소포체 또는 핵 외피에 부착되어 있다. 리보솜은 막으로 이루어지지 않았기 때문에 세포소기관이라고 칭하진 않는다.
리보솜은 진핵세포의 세포질에 떠다니기도 하지만, 소포체의 표면에서도 발견된다. 소포체에 부착된 리보솜에서 합성된 단백질은 소포체의 안으로 운반된 후 세포의 다른 부분이나 세포 밖으로 운반되게 한다. 단백질은 아미노산으로 구성되어 있으며, 단백질의 아미노산 서열은 단백질의 구조와 기능을 결정하는데 (2022.10.28 - [일반생물학] - [일반생물학 5-2강] 생물을 이루는 거대분자 단백질, 핵산), 여기에 리보솜이 관여한다. 단백질 합성 과정은 DNA에 저장된 유전 정보가 RNA로 전사될 때 시작되며, RNA는 정보를 핵 밖으로 운반하여 세포질로 전달한다. 따라서 췌장과 같이 단백질을 분비하는 특징을 가진 세포들에서 높은 비율로 막에 붙은 리보솜들을 관찰할 수 있다.
RNA 분자가 세포질에 들어가면 리보솜에 결합한다. 리보솜은 RNA의 뉴클레오타이드 서열을 읽고 단백질을 구성하는 아미노산 서열과 일치시킨다. 리보솜은 아미노산을 정확한 순서로 연결하고, 결국 기능성 단백질로 접히는 긴 아미노산 사슬을 형성한다.
리보솜은 두 개의 소단위체로 구성되어 있는데, 하나의 큰 소단위체와 하나의 작은 소단위체로 기능단위체를 형성한다. 큰 소단위체는 단백질 코딩 서열의 시작을 나타내는 특정 뉴클레오타이드 서열인 시작 코돈을 인식하는 역할을 하고, 작은 소단위체는 특정 아미노산을 코딩하는 코돈으로 알려진 뉴클레오타이드의 염기가 3개 있는 것을 인식하는 역할을 한다.
마무리
세포 내 정보를 저장 및 조절하고 발현하는 중요한 역할을 하는 세포 소기관인 핵과, 이 유전 정보를 해독하고 아미노산을 연결하여 단백질을 만드는 리보솜에 대하여 알아보았다. 다음에는 막 소기관인 골지체, 소포체 등 다른 소기관에 대하여 알아보겠다.
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