세포의 구조와 기능

대부분의 세포는 크기가 매우 작아 육안으로는 볼 수 없고 현미경으로 관찰해야 한 다. 세포는 어떻게 발견되었을까? 또 세포 소기관의 미세 구조를 관찰하고 기능을 연 구하려면 어떤 방법을 이용해야 할까?

1 세포의 연구

지구 상의 생물은 모두 세포로 이루어져 있다. 달걀이나 개구리 알과 같이 육안으로 도 볼 수 있는 큰 세포를 제외하고, 대부분의 세포는 크기가 매우 작아 현미경을 사용해야 관찰할 수 있다. 현미경은 1590년경에 네덜란드의 얀선 부자가 최초로 고안했다 고 알려진다. 훅은 1665년에 자신이 만든 현미경으로 참나무의 껍질을 관찰하여 벌집 모양의 구 조를 발견하고 이를 세포라고 명명하였다. 그러나 훅이 관찰한 것은 살아 있는 세포 가 아니라 죽은 세포의 세포벽이었다. 슐라이덴은 ‘모든 식물은 세포로 이루어져 있다.’라고 주장하 고, 슈반은 ‘모든 동물은 세포로 이루어져 있다.’라고 주장하 여 1839년에 ‘모든 생물이 세포로 이루어져 있다.’는 세포설이 제기되었다. 1855년에 피르호(Virchow, R., 1821~1902)는 ‘모든 세포는 세포로부터 생성된다.’라 고 주장하였고, 이후 여러 연구의 결론을 모아 세포설 이 확립되었다.

2 세포의 연구 방법

현미경

광학 현미경에서는 가시광선이 렌즈를 통과하면서 굴절되어 상이 확대된 다. 사람 눈은 해상력이 200 5m인데 비해 광학 현미경은 해상력이 0.2 5m로, 광학 현미경을 이용하면 세포의 모양, 크기, 세포 소기관을 관찰할 수 있다. 또 특정 세포 성분을 염색하면 더 정확한 관찰이 가능하다. 광학 현미경에는 일반적인 광학 현미경 외에 시료 자체의 다양한 밀도 차이를 이용하여 염색하지 않고 살아 있는 세포를 관 찰 하는 데 유용한 위상차 현미경과 형광 물질을 이용하여 세포 내 특정 물질의 위치를 확인하는 데 유용한 형광 현미경 등 다양한 종류가 있다. 전자 현미경은 가시광선보다 파장이 짧은 전자선을 이용하므로 광학 현미경보다 해 상력이 높아 광학 현미경으로 관찰하기 어려운 세포의 미세 구조 연구에 유용하다. 전자 현미경에는 투과 전자 현미경(TEM)과 주사 전자 현미경(SEM)이 있다. 얇게 자른 시료에 전자선을 투과시켜 단면의 영상을 형성하는 투과 전자 현미경은 세포 내부의 미세 구조 관찰에 유용하다. 금속으로 코팅한 시료 표면에 전자선을 쏘아 반사 시 켜 입체 영상을 형성하는 주사 전자 현미경은 세포의 외부 형태와 표면 연구에 유용하다.

세포 분획법

세포 분획법은 균질기로 파쇄한 세포나 조직을 단계적으로 원심 분 리하여 크기와 밀도에 따라 세포 소기관을 분리하는 방법이다. |그림 II - 11|과 같이 세포 분획을 하면 비교적 크고 무거운 핵이 가장 먼저 분리되고, 세포벽을 제거한 식 물 세포는 엽록체, 미토콘드리아, 소포체, 리보솜 등의 순서로 분리된다. 세포 분획법을 이용하여 세포 소기관을 종류별로 분리하면 각각의 기능을 연구할 수 있다.

자기 방사법

자기 방사법은 방사성 동위 원소가 포함된 화합물을 세포에 넣고 시 간 경과에 따라 동위 원소에서 방출되는 방사선을 추적하여 세포 안에서 물질의 이동 경로나 변화를 알아내는 방법으로, 3 H, 14C, 32P, 35S 등의 방사성 동위 원소가 주로 사용된다. 예를 들어 14C로 표지된 이산화 탄소를 식물 세포에 주입하고 추적하면, 세 포 내 광합성 과정과 생성물을 연구할 수 있다