[2] 세포 및 세포분열
2 | 세포 및 세포분열 |
학습포인트 |
인체의 구분과 조직 파트에서는 조직이 2021년부터 2026년까지 매년 출제되고 있어 상피·결합·근육·신경조직의 구조적 특징과 기능을 비교하여 이해하는 것이 중요하다. 또한 물질수송은 2022년과 2024년에 출제되어 세포막 구조와 에너지 사용 여부(확산, 촉진확산, 능동수송 등)를 중심으로 정리할 필요가 있다. 돌출부·함몰부와 몸안의 용어는 2019년에 출제된 만큼 해부학적 위치·방향 용어와 함께 구조적 의미와 기능을 이해하는 학습이 요구된다. |
중요포인트 | 출제연도 |
돌출부와 함몰부에 대한 용어 | 19 |
몸의 면에 대한 용어 |
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몸안의 용어 | 19 |
세포소기관 |
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물질수송 | 20 24 |
조직 | 21 22 23 24 25 26 |
[1] 세포
1. 세포의 개념
• 생물체를 구성하는 형태 및 기능상의 단위
• 성인 세포 수: 약 100조개
2. 세포의 구분
• 핵의 유무에 따라 원핵세포와 진핵세포로 구분
• 구성: 세포막(원형질막) + 세포질(원형질) + 핵
▣ 원형질과 후형질로 구분
원형질 | 생명활동이 일어남 | |
핵 | 핵막, 핵소체, 핵질, 염색체 | |
세포질 | • 원형질에서 핵을 제외한 나머지 부분 • 세포막, 세포질그물, 리보솜, 용해소체, 사립체, 골지체, 중심소체 등 | |
성분 | 물(70%), 단백질(20%), 지질(2~3%), 탄수화물(1%), 전해질(1~2%) | |
후형질 | 물질대사의 결과물, 식물에만 존재 | |
3. 핵
• 유전정보(DNA)를 저장하는 세포 소기관
• DNA 전사를 통해 RNA 합성 → 단백질 합성 정보 제공
• 단백질 합성을 통해 세포의 구조·기능 유지 및 조절
• 효소 단백질 생성의 근원
예 말타아제 → 엿당(말토스)을 포도당으로 분해
• 적혈구와 혈소판을 제외한 대부분의 세포에 존재
• 세포주기 및 세포분열(유사분열·감수분열)을 조절
• 생명활동 조절의 중심 기관
핵막 (nuclear membrane) | • 핵과 세포질을 구분하는 이중막 구조 • 핵 내부 보호 및 공간적 분리 기능 • 핵구멍을 통해 RNA, 단백질 등의 선택적 물질 이동 • 바깥쪽 핵막은 조면세포질그물과 연속 • 세포분열 시 일시적으로 소실 후 재형성 |
핵소체(인, nucleolus) | • RNA와 단백질로 구성된 비막성 구조 • rRNA 합성 및 리보솜 소단위체 조립 장소 • 단백질 합성이 활발한 세포에서 크고 뚜렷함 • 세포분열 중 소실되었다가 분열 종료 후 재형성 • 유전정보 발현을 위한 리보솜 생성에 관여 |
핵질 (핵형질, nucleoplasm) | • 핵 내부를 채우는 반유동성 기질 • 물, 효소, 핵산 전구물질로 구성 • DNA 복제, RNA 전사, 리보솜 조립에 필요한 환경 제공 • 핵 내 대사 반응의 매개 공간 |
염색질 (chromatin) | • DNA와 히스톤 단백질의 복합체 • 유전정보를 구조적으로 저장하는 형태 • 퍼진염색질(euchromatin): 풀어진 구조, 전사 활발 • 뭉친염색질(heterochromatin): 응축된 구조, 전사 비활성 • 유사분열 시 응축되어 염색체 형성 • 분열 종료 후 다시 염색질 상태로 이완 • 유전 형질의 전달과 발현에 관여 |
4. 핵산
• DNA: 유전물질을 함유, 히스톤 단백질과 결합하여 염색질 형성, 유전정보의 저장 기능
• RNA: 단백질 합성에 관여, 일부 RNA는 효소적 기능 수행
▣ DNA와 RNA의 비교
| DNA | RNA | |
인산 | 인산 | 인산 | |
당 | 디옥시리보오스(Deoxyribose) | 리보오스(Ribose) | |
염기 | 퓨린 | 아데닌(A), 구아닌(G) | 아데닌(A), 구아닌(G) |
피리미딘 | 티민(T), 시토신(C) | 우라실(U), 시토신(C) | |
존재장소 | 주로 핵내 | 핵내(인), 세포질 | |
분자구조 | 이중나선구조 | 단일나선구조 | |
기능 | 복제의 주형 | 단백질합성의 주형 | |
• RNA의 종류
–mRNA: DNA의 유전정보를 전달, 단백질 합성을 위한 주형 역할
–tRNA: 아미노산을 리보솜까지 운반, mRNA 해석
–rRNA: 리보솜의 구성 성분, 폴리펩티드 사슬 형성 → 단백질 합성에 직접 관여
5. 세포질
• 세포에서 핵을 제외한 나머지
• 세포소기관이 존재
막성 | 사립체, 세포질그물, 골지체, 용해소체, 과산화소체 |
비막성 | 세포뼈대(미세섬유, 중간미세섬유, 굵은미세섬유, 미세관), 중심소체, 섬모, 편모, 리보솜 |
1) 막성 세포소기관
사립체 (mitochondrion) | • 짧은 막대 모양 • 안쪽 막이 접혀 크리스타(능선) 형성 • 세포 호흡 및 ATP 생성 – C₆H₁₂O₆ + O₂ → CO₂ + H₂O + 32ATP + 열 • 자체 DNA와 효소 보유 • 에너지 소비가 많은 세포에 풍부(예 간세포) |
세포질그물 (endoplasmic reticulum, ER) | • 리보솜의 유무에 따라 거친세포질그물과 매끈세포질그물로 구분 • 거친세포질그물(이자의 외분비세포, 위샘의 으뜸세포에서 발달): 리보솜이 부착, 단백질 합성에 관여, 세포막의 인지질과 단백질 생산 • 매끈세포질그물(부신겉질, 간세포에서 발달): 리보솜이 없음, 지질 및 콜레스테롤 합성, 간세포(알코올․약물 해독작용, 지질과 당원 합성), 내분비세포(스테로이드 호르몬 합성), 위세포(HCl 분비), 근육세포(Ca2＋ 저장 및 방출) |
골지체 (Golgi apparatus) | • 핵과 세포질 근처에 위치 • 적혈구를 제외한 모든 세포에 존재 • 단백질과 탄수화물을 결합 → 당단백질 생성 • 세포질그물에서 합성된 물질(단백질)을 저장, 성숙, 분비 |
용해소체 (lysosomes) | • 세균·이물질 분해 → 자기방어 • 강력한 가수분해효소를 가짐 • 백혈구(중성구)와 큰포식세포에 많이 존재 • 자가포식현상: 노화된 사립체 및 세포소기관 분해·재활용 |
과산화소체 | • 간 및 콩팥에서 과산화수소(H₂O₂) 생성 • 유기분자 산화 작용 • 독성 물질 처리에 관여 |
그림 세포의 일반적 구조
2) 비막성 세포소기관
원섬유 (fibril) | • 근육원섬유(근육세포), 신경원섬유(신경세포), 당김원섬유(창자상피세포)로 구성 • 세포의 구조 유지, 수축, 운동에 관여 |
미세관 | • 세포의 지지기능 및 세포뼈대 구성 • 세포 내 물질이동 |
중심소체 (central body) | • 세포분열 시 가장 활발함 • 유사분열 시 방추사를 형성하여 염색체의 이동에 관여 |
리보솜 (ribosome) | • RNA ＋ 단백질로 구성 • 단백질 합성에 관여 • 세포질 내에 유리(유리리보솜)되어 있거나 거친세포질그물에 부착(부착리보솜) |
3) 세포막
인지질 | • 인지질이중층: 머리(친수성), 꼬리(소수성) • 지용성 물질: – 스테로이드호르몬, 산소, 이산화탄소 등 – 인지질 이중층을 쉽게 통과 • 수용성 물질: – 포도당, 염류, 물 등 – 막단백질을 통해서만 이동 • 단백질 60%, 지질 35%, 탄수화물 5%로 구성 • 콜레스테롤 – 막의 안정성에 관여 – 너무 단단하거나 너무 유동적이지 않도록 유지 |
단백질 | • 수용기(수용체) – 호르몬·신호전달물질과 결합 – 세포 내부의 생리학적 변화 유도(예 인슐린 → 포도당 흡수 증가) • 효소 – 세포막 표면에서 화학 반응 촉진(예 디펩티드를 아미노산으로 분해) • 이온채널 – 물과 친수성 용질의 통로 – 항상 열려 있는 이온체널 – 자극에 의해 열리고 닫히는 관문이온체널(예 Ca²⁺ 이동 → 근육 수축, 신경 자극 전도) • 세포식별표식 – 당지질, 당단백질 – 자기 세포와 비자기 세포 구별 • 세포부착분자 – 인접한 세포와 결합 – 조직의 형태와 안정성 유지 • 운반단백질 – 특정 물질을 선택적으로 이동(예 포도당, 아미노산) |
그림 세포막의 화학성분과 구조
6. 물질수송
• 인체가 생명을 유지하기 위해 영양물질의 유입과 대사 노폐물의 배출은 필수
• 이를 위해 세포막을 통한 물질이동 기전이 필요
• 세포막을 통해 이동하는 물질: 물, 영양물질, 가스(O₂, CO₂), 노폐물, 전해질(Na⁺, K⁺, Ca²⁺ 등) 등
수동운반 | • 농도나 전기경사에 의하여 물질이 이동하는 현상 • 에너지(ATP) 사용 안함 • 확산, 여과, 삼투 |
능동운반 | • 농도나 전기경사에 역행하여 물질이 이동하는 현상 • 에너지(ATP)를 이용함 예 Na+ – K+ 펌프 |
그림 수동운반과 능동운반 기전
운반체-매개수송은 경쟁과 포화의 특성을 나타낸다. X와 Y 분자가 동일한 운반체에 대해 서로 경쟁하기 때문에 X와 Y 분자가 함께 있으면 그 운반율이 감소한다.
그림 운반체–매개수송(경쟁, 포화)
1) 수동운반
확산 | • 용액에서 용질의 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상 • 이동방향: 농도경사에 따름 • 확산에 가장 중요한 요소: 지질용해성, 분자의 크기 • 촉진요인: 농도경사↑, 지질용해성 ↑, 분자 크기 ↓, 온도 ↑, 세포막의 면적 ↑ 예 허파꽈리에서 가스교환 | |
단순확산 | • 지질용해성 물질, 작은 분자 등은 쉽게 통과 • 단백질 채널: 선택적으로 열리고 닫힘 | |
촉진확산 | • 세포막의 운반단백질을 이용하여 농도가 높은 곳 → 낮은 곳으로 이동 예 아미노산, 포도당, 핵산 등 • 운반단백질의 수에 따라 최대 이동량(포화현상) 존재 | |
삼투 24 | • 반투과성 막을 사이에 두고 용질의 농도차에 따라 용매가 이동하는 현상 • 이동방향: 용질의 농도가 낮은 쪽 → 높은 쪽 • 삼투는 용질의 크기나 종류와 관련이 없고 용질의 입자의 수(삼투압)과 관련이 있음 • 적혈구의 용혈현상(저장액), 정상(등장액), 원형질 분리(고장액) | |
여과 20 | • 정수압에 의한 용질과 용매의 이동(압력 차이) • 이동방향: 압력이 높은 곳 → 압력이 낮은 곳 • 콩팥의 토리여과(오줌의 생산), 모세혈관과 조직 사이의 물질이동, 림프액의 생산 | |
그림 단순확산과 촉진확산
A. 적혈구 세포를 고장성 용액에 놓아두면 적혈구 내의 물이 빠져나가 세포가 오그라든다.
B. 등장성 용액에서는 적혈구 내외로 출입하는 물의 양이 동일하여 모양이 변하지 않는다.
C. 저장성 용액에서는 적혈구 내로 들어오는 물이 많아 세포가 부풀어져 터질 수 있다(용혈).
그림 고장성, 저장성 및 등장성 용액 내에서의 세포
A. 중력의 힘으로 물과 함께 미세한 구멍을 통과할 수 있는 물질만이 통과한다(예 커피메이커에서 만들어진 드립 커피).
B. 혈압에 의해 모세혈관의 작은 구멍을 통해 작은 분자가 빠져나가고 큰 분자는 혈관내부에 남아 있다.
그림 여과(Filtration)
2) 용적운반(소포운반)
• 세포막의 진화된 운반 기능
• 고분자 물질이나 대량 물질 이동
세포내 이입 | 포식작용 | • 위족을 이용 • 세균·이물질이 세포막에 닿으면 세포막이 입자를 포위 및 유입 • 백혈구, 큰포식세포 |
포음작용 | • 세포막에 작은 패임 형성 • 소포를 만들어 액체·소분자 흡수 | |
세포외 유출 | 세포내 생성물을 투과하지 않고 세포외로 배출하는 분비작용(예 소화샘의 분비세포, 젖샘의 젖 분비, 신경전달물질 분비, 히스타민 분비) | |
그림 용적운반
[2] 세포분열
1. 유사분열: 체세포분열
• 세포주기:한 번의 세포분열이 시작된 후부터 다음 세포분열이 시작될 때까지의 과정
• 구분: 사이기, 유사분열
• 전기가 가장 길고 후기가 가장 짧음
간기(사이기) | • 한 세포분열의 끝과 다음 분열 시작 사이의 기간 • 세포의 성장, 정상적인 대사 활동, DNA 복제가 이루어짐 • 세포주기 중 가장 긴 기간 | |
G1기 | • 유사분열 직후 시작 • 세포가 원래 크기로 성장 • 단백질 합성 및 세포 소기관 증가 • 다음 단계(S기)를 위한 준비 단계 | |
S기 | • DNA 복제가 일어나는 시기 • 사이기 중 가장 길다 • 염색체 수는 같으나 DNA 양은 2배로 증가 | |
G2기 | • 세포분열을 위한 마지막 준비 단계 • 핵분열과 세포질 분열에 필요한 단백질 합성 • 분열 직전 점검 단계 | |
유사분열 | • 핵, 세포질, DNA 양과 염색체 수가 동일한 두 개의 딸세포를 형성하는 과정 • 핵분열과 세포질 분열이 포함됨 | |
전기 | • 염색질이 응축되어 염색체로 변함 • 유사분열 단계 중 가장 긴 시기 • 핵막과 핵소체가 소실 • 방추사 형성 시작 | |
중기 | • 염색체가 적도판(equatorial plate)에 일직선으로 배열 • 방추사가 염색체에 부착 • 염색체가 가장 잘 관찰되는 시기 | |
후기 | • 유사분열 단계 중 가장 짧은 시기 • 방추사에 의해 염색체가 분리 • 각각의 염색체가 양쪽 중심소체 방향으로 이동 | |
말기 | • 염색체가 다시 염색질 상태로 이완 • 핵막과 핵소체가 재형성 • 핵분열 종료 • 이후 세포질 분열이 일어나 2개의 딸세포 완성 | |
2. 감수분열: 생식세포분열
• 생식세포(정자, 난자)를 형성하는 분열
• 염색체 수와 DNA 양이 반으로 감소(2n→n)
• 유전적 다양성을 증가시키는 분열
발생장소 | • 남녀 생식소에서만 발생(남자: 고환, 여자: 난소) |
특징 | • DNA는 1회 복제 • 세포분열은 2회 진행: 제1감수분열, 제2감수분열) • 최종적으로 염색체 수가 반으로 감소 |
과정 | • 정조세포 / 난조세포 (2n)→ 일차정모세포 / 일차난모세포 (2n)→ 제1감수분열→ 이차정모세포 / 이차난모세포 (n)→ 제2감수분열→ 정자세포 / 난자세포 (n) |
제1감수분열 | • 염색체 수가 반으로 감소하는 분열 • 상동염색체가 분리됨 • 감수분열의 핵심 단계 |
제2감수분열 | • 염색체 수 변화 없음 (n → n) • 자매염색분체가 분리됨 • 과정은 유사분열과 유사 |
유사분열과의 관계 | • 분열 단계의 명칭과 진행 순서는 유사분열과 유사: 전기 → 중기 → 후기 → 말기 • 결과와 목적은 유사분열과 다름 |
의의 | • 생식세포 형성 • 수정 시 정상적인 염색체 수(2n) 유지 가능 • 유전적 다양성 증가 |
A. 간기: 준비기
B. 전기: 염색질이 염색체가 된다. 중심체에서 방추사가 나와 염색체에 연결된다. 핵막이 사라지기 시작한다.
C. 중기: 염색체가 적도판에 배열된다.
D. 후기: 염색체에서 분리된 염색분체가 양극으로 이동한다.
E. 말기: 염색체가 다시 염색질이 된다. 방추사가 사라진다. 핵막이 형성된다.
그림 세포의 유사분열
그림 감수분열
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