세포소기관 Organelle

세포소기관(organelle)은 세포 안에서 일정한 구조를 이루며 특정 기능을 수행하는 구성 요소를 가리킨다. 핵, 소포체, 골지체, 미토콘드리아가 대표적이다. 이 글은 사람을 비롯한 동물의 진핵세포를 중심으로 소기관의 구성과 연결을 다룬다. [1] [2]

문헌에 따라 소기관을 막으로 둘러싸인 구획에 한정하기도 하고, 리보솜처럼 막이 없는 구조까지 포함하기도 한다. 여기서는 막성 소기관과 비막성 구조를 함께 다루되, 각각의 경계를 구별해 설명한다. 막의 유무에 따라 물질이 드나드는 방식과 내부 환경이 달라진다. [1] [2]

핵도 소기관에 속한다. 세포질(cytoplasm)은 진핵세포에서 핵을 제외한 세포 내부를 뜻하므로, 핵과 세포질을 나누는 구분과 소기관을 분류하는 구분은 기준이 다르다. 세포질액(cytosol)은 세포질 가운데 소기관의 내부와 구별되는 액상 부분이며, 여러 효소와 이온, 대사물질이 존재한다. [10]

막성 소기관의 경계는 지질 이중층이다. 소포체와 골지체, 리소좀, 퍼옥시좀은 각각 한 겹의 생체막으로 내부를 둘러싼다. 핵의 핵막과 미토콘드리아의 외막·내막은 두 겹의 생체막으로 이루어진다. 여기서 생체막 한 겹 자체가 지질 이중층이며, 두 겹의 생체막은 각각의 지질 이중층이 사이 공간을 두고 놓인 구조다. [1] [2] [6]

소기관마다 막에 있는 수송 단백질과 내부 효소가 다르다. 리소좀은 막의 양성자 펌프가 수소 이온을 안으로 운반해 산성 환경을 유지하며, 그 조건에서 작용하는 가수분해효소를 갖춘다. 미토콘드리아에서는 내막을 사이에 형성된 수소 이온의 전기화학적 기울기가 ATP 합성에 연결된다. 막으로 나뉜 공간마다 다른 반응 조건이 유지되는 사례다. [5] [6]

소포체 안쪽의 공간은 내강(lumen)이라 부른다. 소포체의 막은 핵의 외막과 이어지고, 소포체 내강은 핵막 두 겹 사이의 공간과 연결된다. 핵의 내부는 핵공을 통해 세포질액과 물질을 교환한다. 소포체 내강과 핵 내부는 서로 다른 구획이다. [1] [3]

표는 구조별 대표 기능을 모은 것이다. 핵과 미토콘드리아, 소포체의 세부 구조는 각 구획 안에서도 다시 나뉘며, 하나의 소기관이 여러 반응에 참여한다. [1] [3] [4] [5] [6] [7] [9]

리보솜(ribosome)은 리보솜 RNA와 단백질로 이루어진 복합체로, mRNA의 정보를 따라 아미노산을 연결한다. 핵 안의 핵소체(nucleolus)는 별도의 막 없이 RNA와 단백질이 모인 영역이며, 리보솜 RNA의 합성과 가공, 리보솜 소단위체의 조립에 관여한다. 리보솜이라는 입자와 핵소체라는 영역은 구조가 서로 다르다. [2] [8]

세포골격(cytoskeleton)은 액틴 필라멘트, 중간필라멘트, 미세소관으로 이루어진 구조 체계다. 세포의 형태와 기계적 성질, 이동과 분열에 관여하고 소기관의 배치와 수송을 돕는다. 소기관 사이의 공간에도 이렇게 조직된 단백질 구조가 뻗어 있다. [2]

동물세포의 주요 구조

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세포 밖으로 분비될 단백질 중에는 합성이 진행되는 동안 소포체 내강으로 들어가는 것이 많다. 자라나는 단백질의 표적 신호가 인식되면 리보솜과 단백질 사슬이 소포체 막의 수송 장치로 연결된다. 거친면소포체의 리보솜은 막의 세포질 쪽 표면에 붙어 있다. 단백질 사슬은 막을 가로질러 내강으로 들어가거나 막에 삽입된다. [3]

소포체에서는 단백질이 접히고 일부 단백질에 당사슬이 붙는다. 이후 수송 경로를 따라 골지체로 전달되어 추가 가공과 분류를 거친다. 골지체의 시스(cis) 쪽은 소포체에서 온 물질을 받는 쪽이며, 트랜스 골지망(trans-Golgi network)은 이후 목적지로 향하는 분류에 관여한다. [3] [4]

분비를 위해 운반된 단백질은 수송 소포의 막이 세포막과 융합할 때 세포 밖으로 방출된다. 막에 삽입되어 이동하던 단백질은 융합 뒤 세포막의 구성 성분이 될 수 있다. 소포의 내강과 막에 실린 물질은 같은 소포를 타고 이동해도 도착했을 때 놓이는 자리가 다르다. 골지체에서 엔도솜·리소좀 경로로 분류되는 물질도 있다. [4] [9]

소포체와 골지체, 엔도솜, 리소좀 등은 물질 수송을 통해 연결되는 내막계(endomembrane system)의 주요 구성 요소다. 모든 소기관이 이 순서를 거치는 것은 아니다. 핵으로 들어가는 단백질은 핵공을 지나고, 미토콘드리아로 향하는 여러 단백질은 해당 막의 수송 장치를 거쳐 들어간다. [1] [6]

이 표는 단백질이 구획 사이를 이동하는 대표 경로를 나눈 것이다. 이온과 작은 대사물질은 각 막의 통로나 운반체 등 별도의 경로를 통해 교환된다. [1]

세포막이 안으로 접혀 물질을 들여오는 세포 내 섭취(endocytosis)에서는 화물이 엔도솜으로 전달된다. 엔도솜은 들어온 막 성분과 화물을 분류한다. 일부 수용체는 세포막으로 되돌아가 다시 사용되고, 분해될 화물은 후기 엔도솜과 리소좀으로 이어지는 경로로 전달된다. [9]

리소좀에서는 단백질·핵산·다당류·지질 등을 가수분해하는 효소들이 작용한다. 세포 안에서 회수한 성분도 이곳으로 전달된다. 거대자가포식(macroautophagy)에서는 세포질의 일부나 소기관이 자가포식소체에 둘러싸이고, 리소좀과의 융합 뒤 내용물이 분해된다. 분해된 작은 분자는 세포의 대사에 다시 이용될 수 있다. [5]

퍼옥시좀(peroxisome; 과산화소체)에서는 특정 지방산의 산화와 일부 지질의 합성이 이루어진다. 산화 반응 중 생기는 과산화수소는 카탈레이스(catalase) 등의 효소에 의해 처리된다. 리소좀의 산성 가수분해와 퍼옥시좀의 산화 반응은 효소와 반응 방식이 서로 다르다. [7]

미토콘드리아의 내막 안쪽 공간은 기질(matrix)이다. 내막에는 전자전달계와 ATP 합성효소가 놓인다. 전자전달 과정에서 형성된 수소 이온의 전기화학적 기울기를 이용해 ADP와 무기인산으로부터 ATP를 합성하는 과정을 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)라 한다. [6] [11]

미토콘드리아는 자체 DNA와 리보솜을 갖는다. 내부에서 일부 단백질을 합성하지만, 구성 단백질의 상당수는 핵 유전자에 암호화되어 세포질의 리보솜에서 만들어진 뒤 수입된다. 미토콘드리아의 구조를 유지하는 데에도 핵의 유전자 발현과 단백질 수송이 연결된다. [6] [10]

소기관이 차지하는 비중은 세포가 수행하는 일에 따라 다르다. 소화효소를 분비하는 췌장 샘꽈리세포에서는 거친면소포체와 분비 경로가 발달한다. 스테로이드호르몬을 만드는 세포에서는 매끈면소포체가 발달한 모습을 볼 수 있다. 거친면과 매끈면은 서로 이어진 소포체 안에서 리보솜의 분포와 기능에 따라 구별되는 영역이다. [2] [3]

근육세포처럼 ATP를 많이 사용하는 세포에서는 미토콘드리아가 풍부하다. 같은 이름의 소기관도 세포 종류에 따라 양과 배열이 달라진다. 여러 구조를 한데 모은 세포 도해는 이름과 관계를 익히는 데 쓰이며, 특정 조직의 세포에서는 그 조직의 기능에 맞는 구성이 관찰된다. [10]