생화학개론 | The Dynamic Cell

TIP

 

 

1 분자의 변화를 중심으로 한 진화
2 생물체 속의 분자(molecules)들
3 세포의 구조
4 세포의 생명 주기
5 세포에서 조직으로
6 분자 세포 생물학: 세포에 대한 전반적인 관점

 

 

생물체는 기관(organs)으로 이루어져 있고, 이 기관들은 조직(tissues)으로 이루어지고, 또한 이러한 조직들은 세포(cells)로 이루어져 있다. 그리고 세포들은 분자들(molecules)로 이루어져 있다. 여기에서 분자들은 여러 가지 메세지들을 기관에서 기관으로, 세포에서 세포로 옮겨주는 역할을 한다. 이로써 여러 가지 관계가 생겨나고, 서로 자신들의 역할이 생기게 된다. 본문에서는 생물학에 있어서 세포에 관한 이해를 돕기 위해 대강의 틀을 소개하고자 한다.

 

 

분자의 변화를 중심으로 한 진화

우리가 알고 있는 유전자(gene)라는 것은 DNA(deoxyribonucleic acid)로 이루어져 있고, 이런 유전자는 단백질(protein)을 만들어낸다.  단백질은 세포의 구조를 이루고, 세포가 활동할 수 있게 하는 역할을 한다. 그러므로 결국 유전자의 변화는 단백질의 변화를 초래하고, 이로 인해 생물학적 구조와 기능의 진화가 일어나게 된다.  물론 진화는 환경적 요인과 맞물려서 더 복잡하게 이루어진다.

 

 

생물체 속의 분자(molecules)들

생명체내에는 물, 무기 이온(inorganic ions), 그리고 당(sugars), 비타민(vitamins), 지방산(fatty acid)과 같은 상대적으로 작은 유기 분자(small organic molecules)들이 75～80%를 차지한다. 나머지는 거대 분자(macromolecules)로 이루어진다. Macromolecule이란 protein(단백질), polysaccharide(다당류), DNA를 말한다. 그런데 cell은 small organic molecule과 macromolecule을 얻는 방법이 다르다. Small molecule은 세포 외부에서 얻어서 세포 내부로 가져오거나 만들어서 변형시킨다.

 

그러나 macromolecule의 경우는 오직 세포 내부에서만 만들어낼 수 있다. 어떤 small molecule은 macromolecule을 만드는 전구체(precursor)가 되기도 한다. 그리고 저장되었다가 생물학적 반응이 일어날 때 에너지원으로 분배되기도 한다. 예를 들면, sugar는 CO₂와 물로 분해되어 에너지를 방출하고, 홀몬(hormone)이나 성장인자(growth factor)는 세포의 활동에 직접 작용하는 신호(signal)로서 작용한다. 또한 신경세포(nerve cell)는 작은 신호 분자(signaling molecule)을 내보내고 받아들여 서로 연락할 수 있게 된다.

 

Macromolecule중에서 가장 많고, 다양한 기능을 갖고 있는 것이 바로 protein(단백질)이다.  이러한 세포 안의 단백질 중 많은 수를 차지하는 것이 바로 효소(enzyme)다. 효소 외의 다른 단백질들은 세포를 움직이고, 일하게 하고, 세포 형태를 유지시키고, 분자들의 세포막 통과를 도와주는 역할을 한다.  그리고 이러한 단백질은 20가지 종류의 아미노산(amino acids)으로 이루어져 있다.

 

가장 많은 주목을 받고  있는 macromolecule은 바로 DNA이다. DNA는 50년 전에 James Watson과 Francis Crick에 의해 이중 나선형(double helix)구조라고 밝혀졌었다. 이러한 DNA는 한 세대의 유전적 특성을 다음 세대로 전달해 주는 역할을 하게 된다.  DNA의 각 선(strand)은 nucleotide(뉴클레오타이드)라고 불리우는 4가지 다른 모양의 물질로 이루어져 있다. 

 

Nucleotide로 이루어진 유전자들(genes)은 각각 독립적인 protein을 만들어낸다. 세포는 protein을 이용하여 sugar나 fat(지방)같은 다른 molecule을 만드므로 결국 DNA는 간접적으로 protein을 포함해서 다른 small molecule을 만드는 데 관여하게 된다. 또한 DNA는 다양한 protein을 언제, 얼마만큼 만들지 조절할 수도 있다.

보통 DNA는 유전정보의 저장형태라고 말한다. 하지만 또 다른 molecule인 RNA(ribonucleic acid)는 유전정보 전달과정에서 매우 중요한 역할을 한다. DNA에 들어 있는 코드화된 유전정보는 이동할 수 있는 물질로 바뀌는데, 이 물질은 mRNA(messenger RNA)로 이루어져 있고, 이렇게 바뀌는 과정을 전사(transcription)라고 한다. 각각의 mRNA묶음에는 하나의 특정 단백질을 합성하는 프로그램이 담겨져 있다. 이러한 세가지 macromolecule(DNA, RNA, protein)은 모든 세포에 존재하게 된다.

 

현대 분자생물학에 있어서 초점이 되고 있는 연구는 ‘유전자 발현(gene expression)이 어떻게 이루어지고 있느냐’다. 즉, 세포가 어떤 단백질을 언제 얼마만큼 만들어내는지 어떻게 알고 있는지에 관한 연구이다. 물론 앞으로의 내용도 이러한 주제에 중점을 두고자 한다.

 

 

 

[생화학입문]The Dynamic Cell 레포트