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세포생리

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by

KIM JI YOUNG

on 30 August 2018

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Transcript of 세포생리

2. 세포생리
CELLULAR PHYSIOLOGY


모든 생명체는 세포와 세포산물로 구성되어 있다.

1. 세포의 구조
세포는 생명체를 이루는 구조 및 기능적 기본단위


세포의 특성
1. 세포막은 내외부의 경계면을 형성하고
물질 교환
의 기능 수행

2. 세포는 유전물질로 DNA를 포함 -
유전정보
의 내장

3. 세포는 대사활동의 산물로
단백질 합성

4. 세포에는 에너지 전환 장치가 있고
ATP
라는 형태로 저장 및 전달. 사용


원형질(protoplasm)= 세포질 + 핵
1. 세포막(cell membrane)

1) 세포막의 구성
대사활성이 높은 막 일수록 더 많은 단백질 함유
1) 막지질 (membrane lipid)
(1) 인지질 phospholipid


(2) 콜레스테롤 cholesterol


(3) 당지질(glycolipid)
물, 이온의 이동에 대해서 장벽 역할
호흡가스는 자유롭게 통과
지용성이 높을수록 잘 통과
인지질이중층의 안정화
물질의 세포막 이동속도를 조절하는
유동성(fluidity)를 조절
하는 역할
콜레스테롤이 많을 수록 유동성 감소
당단백질과 더불어 세포 표면에서 다당류 사슬을 형성
호르몬의 결합부위 제공
2) 막단백질 membrane protein
세포막 대부분의 기능 수행
(1) 막표면단백질 peripheral protein

(2) 막관통단백질 integral protein
운반체, 통로의 역할
막수송단백질 transmembrane protein
세포막을 다른 구조물에 부착, 고정
세포들의 상태를 가려내는 식별자 ientifier
효소enzume이 단백질의 위치와 활성에 따라 세포반응 촉매
수용체receptor
운반체 carrier
통로 ion channel

3) 막탄수화물 membrane carbohydrate

당단백질과 당지질을 형성
세포사이의 인지과정에 중요한 역할- 막수용체로서 작용

1) 세포막의 구성

2) 세포막의 기능

2. 세포막의 기능

① 세포 내부를 세포외액으로부터 격리시키는
물리적 장벽(physical barrie
r)


물질운반 작용 조절
: 확산(diffusion), 여과(filtration), 삼투(osmosis),
능동운반(active transport) 및 포음작용(pinocytosis) 등

③ 인접 세포들을
인지(recognition)

④ 여러 가지 효소(enzyme)가 있어서 특이한
화학적 반응
을 나타냄


수용체(receptor)
- 특정 물질에 반응-세포 기능 조절



2. 세포질(cytoplasm)
1. 사립체(미토콘드리아, mitochondria)
세포 내부의 호흡생리 담당
이화작용과 동화작용에 의해
에너지를 생산
하는 주요 동력원

사립체의 막은 바깥막과 속막으로 구성된 이중막으로 되어 있음

2. 세포질그물(endoplasmic reticulum; ER)

공간(cavity) 또는 수조(cisterna)
세포의 내외부를 잇는 교통로

리보솜(ribosomes)
의 부착 유무에 따라
거친세포질그물(rough endoplasmic reticulum)= 과립세포질그물
세포 내부의 물질 수송
단백질 합성(효소, 핵산 등)
펩티드호르몬 합성
매끈세포질그물(smooth endoplasmic reticulum)= 무과립세포질그물
지방산, 스테로이드, 지질의 합성
뼈대근육는 근세포질그물(근형질세망, sarcoplasmic reticulum)을 이루어
세포 내부의
Ca2+ 농도를 조
절하는 역할


3. 골지체(Golgi’s apparatus)
세포설 cell theory
세포의 구성
납작해진 소포들이 중첩되어 형성

세포질그물에서 생산된 물질을 포장, 저장 및
농축하였다가 세포 바깥으로 분비

당단백질(glycoprotein)을 만들며,
형질세포(plasma cell)에서
항체(antibody)
생산

결합조직세포의 생산을 촉진

4. 용해소체(lysosome)
직경이 0.2∼0.5μm의 구형소체

여러 가지 강력한 가수분해효소가 있음
포식작용 (phagocytosis)
으로 소화하고 분해
자가융해(autolysis)시킴

5. 리보솜(ribosome)
rRNA와 단백질로 구성

단백질이 합성
되는 유일한 장소

6. 과산화소체(peroxisome)
카탈라아제(catalase)라는 효소가 들어 있어 대사과정에서 생성된 독성분자인 과산화수소(H2O2)를 물과 산소로 분해시켜
과산화수소의 피해를 방지

7. 소포(vesicle)
크기가 다양한 막주머니


세포내이입(endocytosis) 또는 호르몬 분비 과정 등에서 매우 중요한 역할

8. 미세관(microtubule)
직경 25nm의 긴 막대 모양의 소관

세포분열 시 염색체에 연결되어 이들을 세포 양극으로 이동시키는 역할

중심소체(centrioles), 섬모(cilia), 편모(flagella) 및 방추섬유(spindle fiber) 등의 기본구조가 됨
9. 중심체(centrosome)
원통 구상체

염색체가 분열한 후에 양극으로 끌어당기는 역할, 즉
분극을 조절

10. 편모(flagella)와 섬모(cilia)
편모는 정자의 운동기관

섬모는 점막, 호흡기관의 조직 표면에서 이물질이나 노폐물을 제거하는 작용
여성 생식기의 표면에서 난자의 이동을 담당

11. 미세섬유(microfilament)
가는근육잔섬유(actin filament, 6nm)
굵은근육잔섬유(myosin filament, 25nm)
중간잔섬유(intermediate filament, 8∼11nm)

가는근육잔섬유와 굵은근육잔섬유는
근육세포에 존재하여 세포의 수축과 운동에 관여
3. 핵 Nucleus
적혈구와 혈소판을 제외한 모든 세포에는 핵이 존재

핵내에는 유전물질인
DNA
가 존재

핵의 주요 기능은 세포분열 시
DNA 복제(replication)
, 단백질 합성에 필요한
유전정보 전사(transcription)
, 유전암호 해독(translation)에 필요한
RNA 합성

1. 핵막 nuclear membrane

2중막 구조

여러 곳에 70∼120nm의
핵구멍(nuclear pore)
이 있고 이 부분을 통해서 핵과 세포질 사이에 핵산과 같은 고분자
물질의 교환
이 이루어짐

RNA를 합성
하는 부위
저장되어 있다가 세포질 속으로 나가
세포질의 단백질 합성 기능 조절

2. 핵소체(인, nucleolus)
3. 염색질(chromatin)
DNA
나선(helix)과 단백질인 히스톤(histone)으로 구성

핵 에는 23쌍의 염색체, 500만개의 유전자에 해당하는 양의 DNA 존재


염색체 이상에 의한 유전병

다운증후군 Down’s syndrome


터너증후군 Turner’s syndrome


클라인펠터증후군 Klinefelter’s syndrome

4. 핵산 nucleic acid
핵에 다량으로 존재하는 산성물질이라는 염기 · 펜토오스 · 인산으로 구성된 뉴클레오티드가 인산디에스테르결합으로 중합되어 긴사슬모양의 분자를 형성

핵산에 보관되어 있는 유전정보에 따라 세포가 언제 어떤 단백질을 얼마나 만들어야 하는가를 결정

핵산은 뉴클레오티드(nucleotide)가 포스포다이에스터결합(phosphodiester bond)으로 길게 연결되어 형성된 고분자

뉴클레오티드는 각각 1개의 염기(base), 5탄당(five-carbon sugar), 인산(phosphate group)으로 구성

1.
DNA
(데옥시리보핵산, deoxyribonucleic acid)
유전자의 본체를 이루는 DNA는
유전정보가 암호화(code)
되어 있음
2.
RNA
(리보핵산, ribonucleic acid)


messenger RNA(mRNA) : 단백질 합성에 관여하는 정보를 전달

transfer RNA(tRNA): 아미노산을 리보솜까지 운반

ribosomal RNA(rRNA): 펩티드(peptide) 연결에 필요한 효소를 제공하여
아미노산 합성에 관여하고 리보솜 구조의 일부를 형성

5. 단백질 합성
DNA의 유전부호가 세포의 형태와 특성을 결정

DNA에 암호화된 화학정보가 RNA로 복사되는 과정을 전사(transcription)
6. 세포의 주기 (cell cycle)
세포분열이 시작된 후부터 다음 세포분열의 시작때까지. 끝없이 반복

1. 사이기 interphase

세포의 성장과 DNA 복제 등 세포분열의 준비

세포주기의 90% 이상 차지


효소 및 구조 단백질 합성
DNA 양이 2배 증가
핵 분열준비
2. 유사분열 mitosis

사람의 몸세포는 유사분열(mitosis)을 함

분열과정의 속도가 한계를 넘어 빠르게 진행이 계속되는 생긴 딸세포가 암(cancer)


S기 때 염색체 복제

3. 감수분열 meiosis

사람의 염색체는 이배체(diploid, 2n)

정자와 난자가 반수체(haploid, n)

2. 세포막을 통한 물질의 이동

에너지 공급 없이 농동경사에 의한 자발적 운반

에너지 이용 운반

1. 확산 Diffusion
농도경사(concentration gradient); 두 방향의 물질분자의 농도 차이

확산(diffusion); 공간에서
분자농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동
하는 현상

확산속도에 영향을 미치는 주요 인자
(1) 거리(distance), (2) 농도경사(gradient)
(3) 분자 직경(molecule size), (4) 온도(temperature), (5) 전기력(electrical forces) 등

1. Overton법칙

(1) 작은 비극성용질에 대한 세포막의 투과성(permeability)은 용질의
지질용해성에 정비례.

(2) 극성용질에 대한 세포막의 투과성은
용질의 분자 크기에 반비례
.


=> 따라서 크기가 작고 지질용해성이 큰 분자는 단순확산에 의해 세포막을 빠르게 통과할 수 있는 최고의 기회가 주어짐

2. 픽스의 확산법칙

막의 표면적이 넓을수록

농도기울기가 클수록

지질용해성이 클수록

분자크기가 작을수록

막의 두께가 더 얇을수록

3. 인지질이중층을 통한 확산
4. 막 통로 확산

2. 촉진확산(facilitated diffusion)
이온이나 포도당, 아미노산 및 핵산과 같은 많은 물질들은 지질에 불용성일 뿐만 아니라 세포막의 구멍을 통과하기에는 너무 큼.

촉진확산(facilitated diffusion):
운반 단백질이라는 특수한 막단백질에 의해 수동적으로 세포막을 통과
에너지를 필요로 하지 않기 때문에 농동경사의 정방향으로만 이동


3. 삼투 (osmosis)
반투막(semipermeable membrane)을 통하여 용매가 확산되는 현상
.
두 용액의 농도가 다르면
농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 용매가 이동

삼투압(osmotic pressure): 반투막에 미치는 압력
생체내부에서 모든 세포는 세포내외액사이에 삼투적으로 평형 상태




4. 여과(filtration)
두 개의 구획으로 구분한 막을 경계로 양쪽 막에
압력차가 있을 때 막을 통해 액체가 이동하는 순물리적인 현상

혈압에 의한 모세혈관내 물질이 밖으로 스며나가는 현상과 콩팥에서의 토리(사구체) 여과가 대표적인 예

중력

5. 능동운반(active transport)
농도경사나 전압경사에 역행하여 이동되는 것
= 에너지효소계운반(energy-enzyme system transport)

능동운반의 특성
1. 포화 현상
운반체의 양이 일정하기 때문에 용질농도가 높아지더라도 속도가 빨라지지 않는다
2.
에너지 이용
능동운반을 위해서는 에너지가 필요
3.
운반체의 특이성(선택성)
4. 운반체의 유사한 물질결합에 대한 경쟁성
경쟁이 나타나면 단독 운반속도보다 느려짐-결합된 유사물질이 운반체와 결합하기 때문에
5. 일차능동운반
6. 이차능동운반

5) 일차능동운반
1) Na+ - K+ ATPase
(Sodium-Potassium pump)


2) Ca2+ ATPase


3) K+ - H+ ATPase
직접 에너지 산출반응과 연계되어 용질이 운반되는 과정

6) 이차능동운반
2개 이상의 용질이 운반되는 과정
-농도경사에 순응한 운반
-농도경사에 역행한 운반

에너지는 농도경사로부터 간접적으로 제공

6. 용적운반 (bulk transport)
거대분자(외부로부터 들어온 병원균, 이물질, 단백질, 지방입자))의 운반과정

포식작용, 포음작용








물질분비과정

세포신호전달(cell signaling)
1) 전기적 신호전달과정

심장근육세포
나 일부 내장근육 세포들 사이에서 주로 발생

틈새이음(gap jucntion)
을 통해 전달

빠른 속도, 직접적

2) 화학적 신호전달과정


대부분의 세포사이에서 발생

1) 일차전령 first messenger
2) 수용체 receptor


리간드(ligand) : 호르몬, 신경전달물질 등과 같이 표적세포에 정보를 전달하는 모든 물질

수용체(receptor): 리간드의 부착부

리간드가 표적세포의 수용체와 결합하면 그 물질의 특성에 따라 세포의 생리적 반응이 일어남


3) 이온통로 ion channel

세포막은
특정이온만을 선택적으로 통과
시킴
전압 의존성 통로 volate gated channel
리간드 의존성 통로 ligand gated channel
기계적자극 의존성 통로 mechanically gated channel

4) G단백질(GTP-binding regulatory protein, G protein)

수용체의 자극을 효소성 단백질이나 이온통로에 전달하는
변환기로 작용하는 세포막의 구성 단백질

5) 이차전령

세포 = 세포막 + 원형질(세포질 + 핵)
다운증후군 Down’s syndrome

터너증후군 Turner’s syndrome
클라인펠터증후군 Klinefelter’s syndrome
나선구조
물, 영양물질, 가스, 노폐물, 각종 전해질(이온) 등의 분자

확산속도
영남이공대학교
PT, MD, Ph.D 김지영
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