식품, 화학 관련 전공 및 시험대비 생화학 핵심 요점 요약 정리 1. 세포

1. 세포

1. 세포 : 생물체의 구조적 · 기능적 단위
• 모든 생물체는 그 다양성에도 불구하고 유사한 생체분자로 화학적, 물리학적 법칙을 따름
• 자기복제와 생식을 통해 번식함
• 생명유지를 위해 환경에서 에너지를 얻고 이를 이용할 수 있음
• 외부 자극에 대해 적응하고 진화함
1) 세포 : 생명의 궁극적 단위
• 세포는 원자(atom) → 생체분자(biomolecule) → 고분자 물질(macromolecule) → 세포소기관(organelle)을
거쳐 세포(cell) → 조직(tissue) → 기관(organ) → 기관계(organ system) → 개체(organism)의 순서로 이루
어져 있음
• 세포는 단백질, 핵산, 다당류 등의 집합체로 생체분자는 세포를 구성하는 기본요소를 가지고 있는데 여기에
는 아미노산, 뉴클레오티드, 단당류 등이 있음
• 원자는 탄소, 수소, 산소, 질소, 황 등을 말함


2) 세포의 공통점
• 사람의 경우 약 200여종의 다양한 세포를 보유하고 있음
• 세포는 환경과 분리시켜주는 원형질막으로 둘러싸여 있음
• 유사한 유전물질을 가짐
• 세포질 내에서 일어나는 대사에 의해 생명이 유지됨
(1) 원형질막
• 원형질막은 물리적으로 세포내외를 구분하는 경계
• 단백질과 인지질 이중층의 기본구조
• 인지질 이중층은 친수성의 머리와 소수성의 꼬리의 구조로 기본 골격을 형성
• 단백질은 필요 물질 수송, 신호전달 등 기능적 역할 담당하며 내재성 단백질, 주변 단백질로 이루어져 있음
• 물질수송은 수송단백질이 관여하며 세포막을 가로질러 양방향으로 수송을 가능하게 함.
• 신호전달은 수용체 단백질로 외부 신호를 받아 세포 내로 전달. 막에 존재하는 효소들이 함께 참여하여 세
포 내 반응을 개시하게 됨.
• 그 외, 탄수화물, 콜레스테롤 등이 부가적으로 존재하며, 이는 다른 세포와의 상호작용, 감염/독소 반응 등
을 한다.
• 또한, 소수성의 선택적인 장벽을 가지고 있는데 소수성 지질 이중층이 이에 관여한다. 전하를 띠거나 극성
물질, 무기이온의 세포내외 출입을 통제한다.
※ 친수성 : 양전하, 음전하를 갖거나 전자와 친화도가 큰 산소, 질소, 황을 많이 가지고 있는 분자로 물에
쉽게 녹는 성질을 말함
※ 소수성 : 탄화수소 사슬처럼 전자와 친화도가 큰 원자가 거의 없어서 물에 녹지 않는 성질을 말함
(2) 유전물질
• 세포의 유전물질은 설계도에 해당하는 정보로 DNA 염기 서열 형태로 저장함
• 세포 분열, 생식과정을 통해 세포를 번식하게 하며 유전정보를 전사시켜 단백질이나 RNA로 발현시킴
(3) 세포질
• 세포질은 원형질막에 의해 둘러싸인 세포 내 공간
• 사이토졸과 여러 입자 및 세포 소기관이 존재
• 효소, 조효소, 대사물 등이 고농도로 존재하고 있는 기관
※ 효소 : 생체 내 반응을 매개하는 생물학적 촉매
※ 조효소 : 효소가 매개하는 반응에 필요한 물질


2. 세포의 종류

• 세포는 크게 진핵세포와 원핵세포로 나뉨(표1-1).
• 크게 구분할 수 있는 것은 세포소기관의 유무이며, 공통점은 세포막, DNA, 리보좀 및 대사를 할 수 있는
능력을 가진다는 것임.
• 세포소기관은 핵, 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 리소좀, 엽록체, 세포골격이 있으며 각각 하는 역할과 기
능이 다름.
• 세포크기도 원핵생물에 비해 진핵생물이 훨씬 크며, 염색체 수, 다세포성, 세포벽으로 인해 구분 가능.

 

1) 원핵생물
• 원핵생물은 원핵세포로 구성
• 유전물질은 세포질과 분리 안 된 핵양체(코일형태) DNA가 환상인 하나의 분자로 존재
• 세포벽은 원형질막 바깥쪽에 위치하여 모양을 유지시켜 주고 기계적 손상에서 보호함.
• 세포벽은 펩티도글리칸으로 이루어짐. (다당류와 펩타이드의 중합체)
• 그람염색법은 그람이라는 사람에 의해 고안된 방법으로 펩티도글리칸의 염색 색깔로 그람 양성균과 그람
음성균으로 나눌 수가 있음.
• 그람양성균은 두꺼운 펩티도글리칸으로 염색약으로 인해 보라색을 띄는 반면, 그람음성균은 얇은 펩티도글
리칸으로 빨간색을 띄며, 바깥쪽에 지질층 한 겹에 더 있음.
• 예외로 병원성 박테리아는 세포벽 밖에 캡슐층이 있어서 포식 작용을 억제하며, 편모를 가지고 있어 운동성
이 있고, 섬모를 가지고 있어 비운동성을 갖기도 함

 

2) 진핵생물

• 진핵생물은 원핵생물과의 명확한 구분은 ‘핵’과 여러 소기관이 존재하는 것.
• 세포 소기관으로는 핵, 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 리소좀, 엽록체, 세포골격이 있음.
(1) 핵
• 핵은 세포의 유전정보를 보유하고 있는 가장 중요한 세포 소기관이며, 단백질 합성을 통제.
• 핵의 구조는 이중의 핵막으로 둘러싸인 핵질과 인으로 구성
• 핵질은 DNA와 염색질 섬유가 망상 조직을 형성, 세포 분열 시 염색체가 생성되는 곳
• 핵막은 이중막, 조면소포체와 연결되어져 있어 핵공(통로)의 역할을 함.
• 인은 리보좀의 성분인 rRNA의 합성장소

(2) 미토콘드리아
• 미토콘드리아는 산소를 이용하여 세포에 필요한 에너지를 합성 → 호기성 호흡
• 미토콘드리아의 구조는 이중막으로, 편평한 외막과 주름많은 내막(크리스타)로 이루어져 있음 → 막 사이공
간과 기질이라는 두 개의 독립된 공간을 형성함.
• 미토콘드리아의 외막은 큰 구멍으로 대부분 분자가 출입 가능
• 미토콘드리아의 내막은 분자나 이온의 침투는 불가, 수송단백질이 필요성분을 운반, 에너지 생산관련 효소
가 존재함.
• 미토콘드리아의 기질은 별도의 DNA와 리보좀이 존재 → 독립적인 분열이 가능
(3) 엽록체
• 엽록체는 광합성을 하는 녹색식물과 조류에서 발견되며 빛에너지를 이용하여 탄수화물 합성. 이렇게 합성을
한 에너지를 저장을 해두었다가 필요시에 사용
(4) 소포체(ER)
• 소포체는 단일막, 전체 세포막의 1/2이상을 차지
• 소포체는 조면소포체와 활면소포체로 나뉨.
• 조면소포체(RER)은 리보좀이 존재, 거친표면 단백질로 이루어짐, 막단백질 합성, 분비단백질은 골지체로 이
동하게 함
• 활면소포체(SER)는 리보좀이 없고, 지방산, 인지질, 스테로이드 등 지질의 합성 역할을 함. 칼슘 이온을 저
장 → 근육조직의 수축 & 이완의 관여.
※ 소포체 종류(조면소포체 & 활면소포체)
- 조면소포체는 리보좀이 결합된 소포체
- 활면소포체는 리보좀이 없는 소포체

(5) 리보좀
• 리보좀은 원핵세포와 진핵세포 모두에서 존재하는 소기관
• 단백질 합성 장소, 막이 없은 것이 특징
• 조면소포체 결합 또는 세포질에 유리된 상태로 존재
• tRNA와 단백질 두 개의 소단위로 구성
(6) 골지체
• 세포에서 합성한 물질을 가공 → 다른 소기관과 세포외로 분비
• 소포체와 분리되어 존재, 활면소포체 근처에 있음
• 합성된 단백질과 지질 → 운반소포형태로 골지체에 융합
• 골지체를 지나는 동안 가공 또는 표적화됨
• 세포 외로 분비되는 물질은 분비소포로 존재 후 → 자극 시에 원형질막 융합 후 내용물만 방출
※ 세포 외 유출과정

- 소포체 내에서 분비물질 합성
→ 운반소포(transport vescicle) 형태로 골지체와 융합
→ 골지체에서 가공, 포장, 표적화
→ 분비소포(secretory vesicle) 형성
→ 세포막이 파열되며 내용물이 세포 외로 방출
(7) 리소좀
• 동물세포에만 존재, 구형의 단일막으로 가수분해 효소가 존재함
• 리소좀의 기능은 세포 밖 물질을 분해, 손상 또는 오래된 세포 성분을 분해함
• 리소좀의 분해 경로
- 세포 밖 물질 침입 → 엔도좀 형성 → 골지체에서 가수분해효소를 전달 받음 → 리소좀 형성 → 분해 시
작
※ 엔도좀 : 세포 내 이입에 의한 물질수송과정에서 만들어지는 막으로 둘러싸인 세포 내 주머니. 세포 내
에서 목적에 맞게 물질을 분류하는 역할을 함
• 평소에는 분해작용을 하지 않음. 하지만 류머티스 관절염, 통풍 등 질병상태에서는 백혈구가 리소좀 효소를
방출 → 염증과 조직파괴 심화.
(8) 퍼옥시좀
• 퍼옥시좀 내에는 과산화수소 분해효소, 카탈라아제(catalase)가 존재. 이 효소는 과산화수소를 물과 산소로
전환시키는 반응을 촉매.
• 우리 몸의 대사 과정 중 생성된 과산화물은 세포에 독성을 일으키기 때문에 파괴가 필요.
※ 과산화물 : 분자 내에 과산화결합인 -O-O- 기를 갖는 물질로서 불안정하여 반응성이 큼
(9) 액포
• 식물세포에만 존재.
• 동물세포의 리소좀 역할 → 물질 분해.
(10) 세포골격
• 세포소기관들의 위치를 고정, 물질의 이동틀 역할.
• 세포질에 미세섬유의 망상구조, 모든 세포소기관과 연결
• 결집과 해체가 계속해서 이루어짐
• 세포분열 시에 염색체 분배를 유도
• 분열 이후 → 세포소기관 구성 입자들 이동하는 틀로 작용.
(11) 세포외 기질
• 원형질막 주위의 보호막 역할 물질.
• 식물세포에서는 세포벽.
- 세포모양 유지, 삼투압 저항력
- 셀룰로오스가 나란히 배열, 결합된 섬유상으로 존재
• 동물세포에서는 세포외 기질.
- 세포가 조직내 고정되도록 함
- 여러 세포들 간의 공간을 채움
- 대사물질 이동 가능

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<확인문제>
문제1. 기본적인 세포 구조에 비추어 볼 때, 코끼리와 소나무 세포 사이의 공통점을 설명한 것으로 맞는 것
은?
① 둘 다 진핵세포이다.
② 둘 다 핵을 가지고 있다.
③ 둘 다 미토콘드리아를 가지고 있다.
④ 위 ①②③ 번 모두 맞다.
정답 ④
문제2. 다음 세포 소기관 중 포도당 분자 등의 물질로부터 산화적 인산화를 통해 다량의 ATP를 생성해 낼
수 있는 기관은?
① 리소좀
② 골지체
③ 미토콘드리아
④ 세포막
정답 ③
문제3. 원핵세포와 진핵세포를 구분하는 가장 단순한 방법은 다음 중 무엇인가?
① 세포막을 찾는다.
② 핵의 존재를 파악한다.
③ DNA의 존재 여부를 체크한다.
④ 세포가 유기체인지 확인한다.
정답 ②
문제4. 다음 세포 소기관 중 진핵세포의 핵막에 연결되어 있는 것은 무엇인가?
① 미토콘드리아
② 리소좀
③ 골지체
④ 소포체
정답 ④
문제5. 진핵세포에서 DNA는 어디에서 발견되는가?
① 핵
② 미토콘드리아
③ 액포
④ 위 ①②번 모두 맞음
정답 ④




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