| 동식물의 구성 요소 Biological Level | |||||
| <colbgcolor=#39BF66> 동물 | 세포 | 조직 | 기관 | 기관계 1 | 개체 |
| 식물 | 조직계 2 | 기관 | |||
| 1: 동물에만 존재 | 2: 식물에만 존재 | |||||
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1. 개요
세포(細胞, cell)는 생물이 생명 활동을 이어나가는 가장 기초적인 단위다. 생물인지 아닌지 논란의 여지가 있는 바이러스를 제외한다면 어느 생물이든 간에 세포를 가지고 있지 않은 생물은 없다.세포에 대해 연구하는 학문이 세포생물학(세포학)이다.
2. 특징
- 모든 생물이 1개 이상의 세포를 지니고 있지만 생물들이 품고 있는 세포 개수는 제각기 다르다. 세포 1개로 구성되어 있는 생물들도 존재하여 이를 단세포 생물 혹은 원생생물이라고 한다. 그리고 세포 여러 개로 구성되어 있는 생물을 다세포 생물이라고 한다. 단세포 생물과 다세포 생물의 중간적인 개념으로는 군체가 있다.[1]
- 동물 세포와 식물 세포는 서로 다른 구조를 이루고 있다. 이를테면 식물 세포에는 동물 세포에는 없는 엽록체[2]와 세포벽을 가지고 있고[3], 동물 세포엔 식물 세포에는 없는 중심체, 리소좀, 편모[4]가 있다.
- 크기
- 생물에 따른 세포의 크기 차이는 그리 크지 않다. 흔히 나오는 질문으로 쥐 세포와 코끼리 세포 중 어느 쪽이 더 클까?가 있는데 답은 서로 비슷하다이며, 코끼리가 큰 이유는 세포가 커서가 아니라 세포 개수가 쥐보다 많기 때문이라고 설명한다.
다만 생물에 따른 크기 차이가 적다는 것이지 부위나 역할에 따라서는 상당한 차이가 있다. 예를 들면 사람의 세포 중 가장 큰 세포는 난자, 가장 작은 세포는 정자로, 난자가 정자보다 10배나 크다.
지구상에서 가장 거대한 세포는 valonia ventricosa와 xenophyophore이다. 눈에 보이는 단세포 생물체인데 세포핵을 여러 개 갖고 있는 것이 특징.
흔히 계란 같은 알을 하나의 세포라고 하지만, 알의 노른자에 있는 아주 작은 난세포(또는 수정체)가 단일세포이지 알 자체가 단일세포인 것은 아니다. 그리고 노른자 표면에 붉은 점이 하나 보인다면 세포분열은 물론 이미 혈관까지 만들어진 것이므로 더욱 단일세포라 할 수 없다.
3. 구성 물질
아래의 구성물질을 총칭하여 protoplasm이라고 한다.3.1. 물
세포의 기본적인 액성 중간매체(fluid medium)로서 지방세포를 제외한 세포들의 구성성분 중 70~85%가 물이다. 세포의 많은 화학물질은 물에 녹아있거나 물 안에서 입자로 떠있는 상태로 존재한다. 화학작용은 물에 녹아있는 물질들 사이에서 일어나거나 물에 떠있는 물질의 표면에서 발생한다.3.2. 이온
세포 내에서 중요한 이온은 칼륨, 마그네슘, 인산염(phosphate), 황산염(sulfate), 중탄산염(bicarbonate)이며 소량의 소듐, 염소와 칼슘도 있다. 이온은 비유기적 화학물질로서 세포의 여러 작용에 관여하게 된다. 예컨대 신경과 근육섬유에서 전기화학 자극이 전달될 때, 이들 세포막에서 이온들의 작용이 필요하다.3.3. 단백질
단백질은 물 다음으로 세포 내에서 가장 많은 물질로서, 약 10~20%를 차지한다. 단백질은 크게 구조 단백질과 기능성 단백질로 나뉜다.- 구조 단백질(structural proteins)은 주로 가늘고 긴 필라멘트의 형태로 이루어져 있고, 많은 단백질 분자들이 모여져 만들어진 중합체이다. 구조단백질의 가장 중요한 기능은 미세소관(microtubule)을 형성하여, 섬모, 신경의 축삭돌기(Axon), 세포 분열시 필요한 방추사(spindle) 등의 구조물에서 세포골격을 제공해준다. 세포 외에서는 섬유단백질(fibrillar protein)의 형태로 존재하는데, 아교섬유(collagen fiber)나 탄력섬유 등의 결합조직, 혈관 벽, 힘줄, 인대 등에서 많이 발견된다.
- 기능성 단백질(functional proteins)은 전혀 다른 성질의 단백질로 보통 몇 개의 분자가 관상-구형의(tubular-globular) 형태를 띠며 대부분 효소이다. 섬유단백질과는 반대로, 세포액 내에서 흔히 유동적이며, 세포 내의 막 구조에 붙어있는 경우가 많다. 효소는 다른 물질과 직접 접촉을 하여 촉매작용을 하는데, 예컨대 포도당을 물과 이산화 탄소로 분해하고 에너지를 만드는 화학작용은 모두 일련의 효소에 의해 이루어진다.
3.4. 지질(lipids)
지질(lipids)에는 여러 종류의 물질이 있는데 이 물질들은 지방 용매에 용해되는 공통된 성질을 지니고 있다.세포 내에서 가장 중요한 지질은 인지질(phospholipids)과 콜레스테롤로서, 전체 세포 질량의 약 2%에 불과하다. 인지질과 콜레스테롤의 세포 내 중요성은, 이들이 물에 녹지 않기 때문에 세포막과 세포 내 막 구조물을 형성하는 데 사용된다는 것이다.
인지질과 콜레스테롤 외에도 어떤 세포는 많은 양의 트라이글리세리드(triglycerides)가 있는데 이를 중성지방(neutral fat)이라고도 부른다. 지방세포에는 약 95%까지 중성지방이 존재하기도 한다. 이들 세포에 저장된 지방은 신체의 주요한 에너지 저장창고로서, 필요한 경우에 분해되어 에너지로 쓰인다.
3.5. 탄수화물
탄수화물은 당단백질을 제외하고는 구조적인 작용이 거의 없지만, 세포의 영양에 중요한 역할을 한다. 사람의 세포 대부분은 많은 양의 탄수화물을 저장하고 있지는 못하고, 평균적으로 세포 질량의 약 1% 정도이다. 하지만 근육세포에서는 3%, 간세포에서는 6%까지 그 저장량이 늘어날 수 있다. 용해된 포도당의 형태로 된 탄수화물은 항상 세포외액에 존재하여 세포가 필요할 때는 언제라도 이용할 수 있게 된다. 또한 세포 안에는, 비수용성의 포도당 중합체인 글리코겐의 형태로 소량 저장되어 있는데, 필요 시에 즉각 포도당으로 분해되어 세포에 에너지를 공급할 수 있게 된다.4. 세포 소기관
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| 식물 세포에서의 세포 소기관들 |
5. 세포 주기(cell cycle)
대부분의 세포는 여러 성장 단계를 거쳐 성장한 끝에 2개의 딸세포로 분열하며, 딸세포들도 모세포와 같은 성장 단계를 밟아, 분화한다. 이러한 성장 과정의 반복을 하나의 순환과정으로 보아, 세포의 성장 및 분열을 한 주기(cycle)로 묘사한 것이 세포 주기(cell cycle)라고 할 수 있다.[5]모든 세포는 위와 같은 주기를 거치며 결국에는 수명을 다해 죽는다. 만약 죽지 않고 비정상적으로 무한 분열을 할 경우 일종의 좀비 세포가 되며, 이것을 바로 암세포라고 한다. 암세포가 증식하면 암이 되어 모체의 생명을 위협하게 된다. 세포가 무한 분열을 하면서 자기 할 일을 꼬박꼬박 한다면 그야말로 늙지도 않는 신인류가 되겠지만, 문제가 되는 이유는 역시 암세포로 변이하면 정말 아무것도 안 하면서 주변 세포를 암세포로 만드는 희대의 쓰레기가 되기 때문이다. 실제로 암세포의 무한 복제를 역이용해서 사람의 노화를 막아보려고도 했으나 학계에선 위험 부담과 가능성 문제로 거의 사장되다시피 하는 중이며, 노화를 막을 더 현실적이고 효율적이며 안전한 방법이 훨씬 많이 제시되어있기에 그쪽이 더 활발히 연구되는중이다.
5.1. 단계
세포 주기는 크게 간기(interphase)와 분열기(M phase)로 나뉘며 간기는 다시 G1 phase, S phase, G2 phase로 나뉜다. 세포는 대부분의 시간[6]을 간기로 보내며, 분열기는 간기보다 훨씬 짧게 마무리된다. 이 과정에서 세포 스스로 분열을 멈추거나, 죽어서 흔히 말하는 '각질'로 나오게 되는데 이 '제어장치'가 고장나서 무한히 분열을 계속하는 세포가 바로 암세포이다. 이 '제어장치 고장'에 대해서는 암세포 문서를 참고하면 좋다.- 간기
- G1 phase (생장기)
분열이 막 끝난 세포가 생장하는 단계. 신경세포를 비롯한, 분열 불가능한 세포들은 대개 이 단계에서 cycle을 중지한다. 중지된 세포의 주기를 G0 Phase라고 한다. - S phase (합성기)
충분히 생장한 세포가 DNA 복제를 하는 단계. - G2 phase (성숙기)[7]
DNA를 복제한 세포가 세포분열에 대비하여 세포소기관 등을 2배로 늘리는 단계. - M phase (분열기)
세포가 분열하는 단계.[8] 유사분열(mitosis)와 세포질분열(cytokinesis)로 나뉜다.[9] 또 mitosis는 전기(prophase), 전중기(prometaphase), 중기(metaphase), 후기(anaphase), 말기(telophase)로 나뉜다.[10]
5.2. 세포주기조절계
6. 발달
세포 발달(cell development)은 세포소기관, 세포주기, 세포신호 등과는 달리, 다른 계(系), 문(門), 강(鋼)끼리 다른 양상을 보인다. 예를 들자면 DNA 복제의 시스템은 해면이나 인간이나 똑같지만, 태아 발달의 단계는 해면과 인간이 상이하다.
그래도 모든 동물은 공통조상으로부터 분화되어 진화되었기 때문에, 대부분의 동물들이 비슷한 형태의 homeo box와 hox gene, 즉 후반부 배아 발달에 중요한 역할을 하는 유전자들을 가진다. 그게 바로 동물들이 태아 시기에 서로 닮은 이유이다.[11]
세포 발달의 이해가 그나마 쉬운 것은 이 덕이기도 하다. 몇몇 생물의 세포만 관찰해도 쉽게 일반화할 수 있기 때문이다. 시기와 발달의 단계별로 크게 아래와 같이 나눈다.
수정란 → 2에서 16까지의 세포분할기 → 상실포 → 포배기 → 낭배기 → 태아
7. 문서가 개설된 세포의 종류
7.1. 현실
7.2. 가상
- 미식세포 - 토리코
- DG 세포 - 기동무투전 G건담
- 아라가미 - 갓이터 시리즈
- 연애세포 - 연애세포: 작품명과 작품 내 개념 명칭이 동일하다.
- 일하는 세포(작품명)
- 하시라마 세포 - 나루토
- 유미의 세포들(작품명)
- 세포(어느날 갑자기 서울은) - 어느날 갑자기 서울은
[1] 단세포 생물 여럿이 신체 일부를 공유하는 등의 형태로 함께 살아가는 형태이다. 군락 또는 콜로니라고도 한다.[2] 예외로 유글레나는 동물인데도 엽록체를 가지고 있다.[3] 액포 역시 동물 세포에서는 거의 관찰되지 않는다.[4] 모든 동물세포가 편모를 가지지는 않는다.[5] <참고> 화학공학소재연구정보센터 -세포의 구조와 구성 요소https://www.cheric.org/files/education/cyberlecture/e200702/e200702-101.pdf[6] 세포의 종류 및 상황에 따라 차이가 크다. 하지만 세포 분열을 지속하는 일반적인 체세포 기준으로는 대략 90% 정도의 시간을 간기로 보낸다.[7] S phase를 끝낸 세포는 거의 100% 세포 분열까지 간다. 즉, M phase까지 간다.[8] (초기의 현미경으로 관찰하기 좋기 때문에) 옛날부터 연구가 많이 이루어져 중등 교육 과정에서도 세세한 부분까지 다루어진다.[9] 감수분열이라면 mitosis 대신에 meiosis.[10] anaphase와 telophase는 cytokinesis와 mitosis에 둘 다 속한다.[11] 이를테면 초파리의 소뇌(cerebellum) 유전자(engrailed-1')를 쥐의 소뇌 유전자와 바꿔쳐도, 태아 단계에서는 별 문제없이 소뇌가 발달하는 모습을 볼 수 있다.