[세포생물학] 세포소기관의 기능과 특징 (핵, 리보솜, 소포체, 골지체, 리소좀, 프로테아좀, 액포)

핵

핵은 이중막 구조를 가지고 있으며, DNA의 전사와 번역의 장소의 구분을 위해서 존재합니다.

외막에는 리보솜이나 소포체가 연결되어 있으며, 내막에는 핵라민 단백질(극성 말단이 없어 늘어나거나 줄어들지 않고 고정)이 모여있습니다.

 

핵인은 전자밀도가 높아 어둡게 보이는 부분으로, rRNA를 만드는 유전자를 전사합니다. (= 리보솜의 단위체들을 합성)

RNA polyemerase I이 작용하면 5.8S, 18S, 28S rRNA가 전사되며,

  5.8S와 28S rRNA는 리보솜의 큰 단위체를 구성하고, 18S rRNA는 리보솜의 작은 단위체를 구성합니다.

RNA polymerase III가 작용하면 5S rRNA가 전사되며 리보솜 큰 단위체를 구성합니다.

이후 rRNA는 methyl화를 거친 뒤 dimethyl화 된 부분을 절편화시키는 가공 과정을 거칩니다.

+ 자유리보솜에서 합성한 단백질들은 핵공을 통해서 3차 구조가 유지된 채로 세포질에서 핵인으로 전달됩니다.

 

핵공은 8개의 단위체로 구성된 막 통로입니다. 

크기가 작은 아미노산 단위체나 뉴클레오타이드, 이온, 포도당, ATP 등은 핵공을 통해 그냥 이동할 수 있습니다.

반면 크기가 큰 mRNA나 전사인자 등의 단백질들은 signal이 없으면 통과할 수 없습니다.

안에서 밖으로 나갈 때 NES, 밖에서 안으로 들어갈 때 NLS이 있어야 3차 구조를 유지하며 GTP를 사용하여 능동수송이 가능합니다.

 

염색질은 히스톤 단백질(히스톤 8량체)과 DNA로 구성되어있습니다. 이들 중 H1은 응축에 관여합니다.

 

 

리보솜

리보솜은 부착리보솜과 자유리보솜으로 나뉘어집니다.

 

부착리보솜은 원형질막에 삽입되는 단백질, 분비되는 단백질, 리소좀에 있는 단백질들을 번역합니다.

co-translational(번역 하면서 유입)입니다. (번역 끝난 후에는 단백질이 막 내부로 들어갈 수 없습니다.)

따라서 부착리보솜에서 합성된 단백질은 이황화결합(3차 구조)이 파괴되지 않습니다.

+ 미토콘드리아나 엽록체 내부로 유입될때는 파괴됩니다.

 

자유리보솜은 그 외의 모든 단백질들을 번역합니다. (미토콘드리아, 엽록체, 퍼옥시좀, 핵에서 이용하는 단백질)

post-translational(번역 끝나고 유입)이고, 따라서 합성 후 막으로 유입되면 이황화결합이 파괴됩니다.

 

** Signal 표적화 : 폴리펩티드의 일부 Signal에 SRP가 붙으면 번역이 중지됩니다.

   그 다음 SRP가 폴리펩티드를 이끌고 조면소포체로 이동하면, signal이 절단되며 번역이 재개됩니다.

   SRP는 이후 다른 signal에 재사용됩니다.

 

 

소포체

소포체는 단백질 합성, 단백질 3차 구조(이황화결합) 형성, 당화의 기능을 합니다. 시스터나 구조를 가지고 있으며 각각은 인지질 이중층 단일막 구조를 가지고 있습니다.

 

소포체에는 부착리보솜이 붙어있어서 co-translation을 통해 단백질을 내부로 유입받습니다. 또 1차 당화 과정을 통해 flipflop을 통해 세포질의 당(만노스 6탄당)을 소포체 내강으로 유입시키기도 합니다. 내부로 유입된 당에 이황화결합을 형성하며, 열충격 단백질인 샤페론이 작용합니다.

 

활면소포체(SER)는 Ca2+ pump를 가지고 있어서 세포질의 Ca2+ 농도를 낮게 유지시킵니다. Ca2+는 보통 2차 신호에 사용되며 근세포에서는 근수축 신호로써 사용됩니다. 간에서는 글리코겐에 인산을 전달하여 glucose-1-인산으로 바뀌며 이것은 glucose-6-인산을 거쳐 활면소포체에서 glucose가 됩니다. (정반응 = 혈당량 증가)

그리고 활면소포체의 또 다른 역할 중 하나로 지질 합성이 있는데 이것은 소낭으로 만들어서 세포막에 보내는 과정으로 전달됩니다. (내막계에서 사용되는 단백질은 활면소포체에서 합성됨)

 

소포체의 효소에는 세 가지가 있는데 첫 번째로, 시토크롬 P450은 막투과성 단백질로 450nm 파장에서 흡광도를 나타냅니다. 두 번째로 포도당-6-당인산효소(glucose-6-phosphatase)는 g6p에서 인산기를 떼어 포도당을 만들어 세포 밖으로 내보내 혈당량을 증가시키는 역할을 합니다. 세 번째로 근소포체막에 Ca2+ - ATPase가 존재하여 세포질의 Ca2+ 농도를 감소시킵니다.

 

몇몇 단백질은 복합체로 조립되기도 하는데 이 조립 과정이 소포체에서 일어납니다.

막에 유입되는 signal은 소수성입니다. (막에 함입된 상태로 끊어지기 때문에 소수성임을 상식적으로 알 수 있음)

 

 

골지체

골지체는 시스터나 층상 구조를 가지고 있습니다. (Cis - Medial - Trans)

 

리소좀을 만들거나 분비, 원형질막 삽입 등의 역할을 합니다.

분비에는 지속적 분비(세포외기질)와 신호 매개성 분비가 있습니다.

원형질막 삽입은 소낭 내부에 원하는 물질을 두어야 소낭의 위상학에 의해 세포 밖으로 위치하게 됩니다.

(당단백질과 당지질을 합성하며 이것들은 인식에 사용됩니다. GAG 등을 이용해 저장이나 분비, 분류, 변형 등의 기능을 합니다.)

 

골지체의 물질 수송 기작에는 두 가지가 있는데, 소낭 매개성 수송과 시스터나 성숙 모델입니다.

소낭 매개성 수송은 크기가 작은 입자들이 이동할 때 사용하는 방법이고 시스터나가 움직이지는 않습니다.

시스터나 성숙 모델은 크기가 큰 입자들이 이동할 때 사용하는 방법이고 시스터나가 cis - medial - trans 과정을 거치며 성숙되는 모델입니다. (이 때 새 cis 시스터나는 소포체에서 만들어집니다.)

 

골지체 내부에서는 프로테오글리칸(GAG : 콘드레아틴과 케라틴황산염)을 붙이거나 인식당(원형질막의 외부에 가서 붙음)을 붙이기도 합니다. 또 만노스에 인산기를 붙여서 1차 리소좀을 형성하기도 합니다. 분류와 분비 기작이 활성화 된 기관에 많이 발달되어 있는 소기관이 골지체입니다. (정자의 청체반응, 이자, 식물에서 펙틴의 1차 세포벽 형성)

 

 

리소좀

조면소포체에서 리소좀 분해 효소를 만들어서(만노스라는 당을 붙임) 골지체에 전달하면, 골지체에서 리소좀 분해 효소에 인산기를 붙여서 내보내면 1차 리소좀이 됩니다. 여기에 후기 엔도좀(late endosome)이 합쳐지면 2차 리소좀이 됩니다. 리소좀은 H+ - ATPase를 이용하여 “pH를 낮게” 유지합니다.

 

trans 골지체에 만노스 인산기 수용체가 있습니다. trans 골지체에서는 소낭을 이용해 만노스를 엔도좀에 전달하고 소낭에 수용체만 가지고 다시 되돌아옵니다

 

리소좀과 관련된 질병인 “저장 질병”은 분해효소 중 하나가 부족할 때 발생합니다. I-cell은 만노스를 붙이지 못하거나 골지체에서 인산기를 붙이지 못해서 분해효소가 그냥 밖으로 분비되어 버립니다. 따라서 주변 정상 세포에 피해를 입히고, 분해물질의 농도가 높아져 H2O가 유입되고 세포가 파괴되고 리소좀 효소들이 또 방출되면서 연쇄적으로 피해를 입힙니다.

 

 

프로테아좀

세포 내에서 유비퀴틴으로 표지된 단백질을 분해합니다.

(소포체가 열충격 단백질 HSP에 유비퀴틴을 붙여서 분해하라고 내보낸 것을 분해합니다.)

+ 비막성 세포 소기관 : 리보솜, 중심체, 프로테아좀으로 기억하면 좋습니다.

 

 

액포

액포는 가수분해효소를 가지고 있으며 분해 산물들을 저장하는 소기관입니다.

식물뿐만 아니라 균류도 액포를 가지고 있습니다.