생리학에 관하여 - 세포의 소기관2

1. 골지체

 골지체(Golgi apparatus)는 단일막으로 된 주머니가 여러 겹으로 중첩되어 놓여있는 구조이며, 주머니의 한쪽 부분에는 시스티나(cisterna)라고 불리는 공간이 존재한다. 골지체는 핵의 주변에 놓여있는데, 핵막 쪽으로는 조면소포체에 연접하여 리보솜에서 만들어져 운반된 단백질을 받아들여 농축, 저장, 분비하게 된다. 골지체 내 시스티나에서는 당질이 합성되거나 단백질이 절단되어 짧아지기도 하며 당과 결합되어 당단백질이 형성되기도 한다. 단백질은 골지체 내에서 핵막으로부터 원형질막 쪽으로 이동하여 골지체의 끝에서 형성되는 골지소포(Golgi vesicles)와 함께 떨어져 나간다. 이 소포는 단백질을 세포막이나 다른 세포 내 소기관으로 보내기도 하며 경우에 따라서는 리소좀이 되기도 하고, 분비소포(secretory vesicles)가 되어 소화효소나 유즙과 같이 세포에서 생성한 물질을 저장했다가 분비하기도 한다.

 

2. 리소좀

 리소좀(lysosome)은 단일막으로 둘러싸여 있는 작은 세포 내 소기관으로 일반 세포에 수백개씩 존재한다. 내부에는 탄수화물, 단백질, 지질 등을 분해하는 50여 종의 가수분해 효소들이 존재하여 세포 내의 노폐물이나 식작용에 의해 식포(phagosome)에 들어온 외부 생물체의 사체를 처리한다. 처리된 노폐물들의 대사물이나 처리되지 못한 노폐산물들은 다시 리소좀 내의 또 다른 소포 내에 갇혀 있다가 세포 외로 배출되거나 세포가 사멸할 때 같이 처리된다. 리소좀의 가수분해효소의 활성이 저하되는 경우는 노폐물의 분해와 배출이 어려워져 세포의 정상적인 기능에 손상을 준다. 리소좀의 막이 파괴되어 가수분해효소들이 유출되면 세포 내 소기관들이 분해되고, 세포는 사멸하게 되는데 이를 '세포의 자살(apoptosis)'이라 한다.

 리소좀의 효소는 중성 pH에서는 불활성 상태이며 산성 조건에서만 활성을 나타낸다. 리소좀이 골지체로부터 처음에 분리될 때 리소좀 내부의 pH는 중성이므로 효소들은 불활성 상태이다. 따라서 리소좀이 파괴되어 효소가 방출되어도 세포에 해를 미치지 않는다. 그러나 리소좀이 세포질 내에 정착되어 있을 때는 수소이온을 축적하여 리소좀 내의 pH 4.8~5.0으로 떨어지면 분해효소가 활성화되어 생체분자를 분해할 수 있게 된다.

 

3. 퍼옥시좀

 퍼옥시좀(peroxisome)은 리소좀보다 훨씬 더 작은 소포로서 단일막으로 이루어진 타원형의 소포이고, 산소를 소모하는 효소 체계를 가지고 있다. 퍼옥시즘은 지방, 알코올, 섭취된 독성물질 등으로부터 수소를 제거하는 반응을 수행하는 산화효소를 가지고 있으며 이떄 산소가 소비된다. 이 반응에 의하여 생산되는 물질 중 하나가 과산화수소이며, 이 물질로부터 소기관의 이름이 유래한다.

 과산화수소는 세포막에 독성을 나타내지만 퍼옥시좀 내의 카탈라아제(catalase)라는 효소에 의하여 처리되어 물로 전환된다. 특히 노폐물을 많이 처리하는 간과 신장의 세포에서 퍼옥시좀의 활성이 크다.

 

4. 세포골격

 인체의 세포질에는 여러 종류의 선상 단백질들이 존재한다. 이 단백질들은 세포질 전체에 네트워크를 형성하고 있으며, 세포의 모양을 유지하는 기능을 한다. 이 네트워크들은 지속적으로 분리되었다가 다시 모이는 유동적인 구조이다.

 세포막은 단단한 형태를 갖추고 있는 조직이 아니기 때문에 일정한 모양을 유지하기 위해서는 특별한 기구가 필요하다. 인체의 세포질을 전자현미경으로 관찰하면 모양이 서로 다른 선상의 단백질들을 관찰할 수 있다. 이 단백질들은 세포질 전체에서 네트워크를 형성하여 퍼져 있으며 세포의 모양을 유지하는 기능을 한다. 그러나 이 네트워크들은 부동의 모형이 아니라 지속적으로 분리되었다가 다시 모이는 유동적인 구조이다. 세포골격은 진핵세포에만 보이는 진화된 구조이며 세포의 분열과 외부의 반응에 대하여 대처하는 과정에서 끊임없이 변화한다.

 세포골격을 유지하는 단백질은 액틴 필라멘트(actin filament), 중간필라멘트(intermediate filament), 미세소관(microtubule) 등이다. 액틴 분자는 구형의 단백질로 중합체를 이루면서 선상의 필라멘트가 되고 필라멘트들은 필라민(filamin)이나 포드린(fodrin)과 같은 단백질들에 의하여 교차 연결되어 응집한다. 액틴 필라멘트는 세포막의 안쪽 표면에 자리하여 세포의 표면 형태를 유지하고 세포막의 구조를 지지하는 역할을 한다.

 미세소관은 튜불린(tubulin)이라는 구형의 단백질이 모여 선상의 중합체(프로토필라멘트)를 이루어 만든 튜브 형태 단백질로 이루어진다. 단량체는 a와 b튜불린의 이합체로 구성되어 있으며, 이합체들은 모여서 원통형의 미세소관을 만들게 된다. 미세소관은 세포질이나 세포 내 소기관에 붙어 있는 키네신(kinesin)이나 디네인(dynein)과 같은 단백질들에 의해 결합되어 세포 내 소기관의 움직임을 일으킨다. 진핵세포의 편모(flagella)나 섬모(cilia)도 미세소관으로 구성된다. 세 쌍의 미세소관이 9개 모여 중심소체(centriole)를 이룬다.

 중간필라멘트는 액틴과 미세관의 중간 정도 크기의 구조물로서 다양한 종류의 단량체들로 형성된다. 중간필라멘트는 세포 내 소기관의 위치를 결정하는 역할을 한다.