암은 생성대사 중 세포생성에 이상이 생긴 질병이라고 이며 세포생성이 정상세포가 아닌 세포가 발성할 때를 암세포의 발생이라 할 수 있다.
암세포의 발생 원인을 알려면
정상세포의 발생메커니즘이 정확히 규명 되어 패러다임이 구성되어 있어야 한다.
세포는 세포학 자체를 위해 연구하는 학자들은 거의 없다고 보아야 한다.
그 이유는 두 가지로 설명할 수 있고
그 하나는 기초과학이며 원천기술에 해당하여 별로 연구해야 돈이 되지 못하며
다른 하나는 연구 장비의 부재이다.
생명과학이 분자수준으로 진입한 것이 2010년 전후이고 분자수준의 연구장비와 기기들은 아날로그수준으로는 불가능하고 디지털화한 것이어야 하고 디지털은 곧 반도체산업과 기술의 발달로 이루어지기 때문이다.
2000년대에 들어오면서 우리들은 나노(nano―)라는 말을 수없이 들어왔다.
수소원자의 크기가 0.1㎚라고 한다면 정밀도에 있어서 겨우 옹스트롬(Å)수준으로 다루든 것에서 나노로 진입하였고 2014년 현재 13㎚ 길이공간을 들여다보는 수준에서 분자수준 운운 하는 것은 아직은 멀었다는 것이다.
지금의 학자들이 빛을 연구한다면 아인슈타인과 뉴턴같이 빛의 입자설이니 파동설이니 하고 말하지는 않은 것이다.
아인슈타인의 연구업적에서 빛을 입자설이라고 한 것은 그의 최대 실수라고 할 수가 있다.
과학의 정밀성은 피코( pico-)나 펨토(femto-) 더 나아가 아토(atto-)가 아니고는 더 이상의 발전은 불가능하기 때문이다.
다행이 대한민국이 첨단반도체국가로서 인텔의 고든무어가 말한 반도체 발전 속도를 1년 6개월 단위로 기하급수로 발전한 다고 하든 벽을 2002년 삼성의 황창규에 의해 6개월 단위로 바꾸어 놓아 고든무어의 법칙에서 “황의 법칙”으로 바뀌게 되고 세계의 반도체시장을 한국인에 의해 주도하고 있어서 가까운 장래 한국인이 개발한 디지털 기기에 의해 생명과학을 이끌게 될 것이다.
이러한 현상은 피할 수 없는 당연성이다.
돋보기로 연구하는 것과 현미경으로 연구하는 것은 비교될 수 없는 기술의 차이가 된다.
이명박 정부에서 577프로젝트로 시작하여 현 정부에서 미래창조과학부를 신설하여 첨단반도체국가로서의 위용을 갖추고 있는 것은 정말 신나는 일이라 할 수 있다.
아래 글들은 사이트를 구석구석 뒤지었으나 구닥다리임을 밝혀 둔다.
그리고 말미 최근에 세포학에서 발견한 볼트(vault)는 암세포 연구와 깊은 관계가 있어서 올려둔다.
세포 위키백과, 우리 모두의 백과사전.
배양중인 세포. 각질은 붉은색으로, DNA는 녹색으로 염색되어 있다.
세포(細胞)는 모든 유기체의 기본 구조 및 활동 단위이다. 박테리아 등의 유기체는 단지 세포 하나로 이루어진 단세포생물이다. 반면, 인간을 포함한 다른 유기체는 다세포이며, 인간의 경우 대략 100조 개 이상의 세포로 구성되어 있다.
세포이론은 1839년 마티아스 야코프 슐라이덴과 테오도르 슈반에 의해 확립되었다. 이 이론은 모든 유기체는 하나 이상의 세포로 구성되어 있으며, 모든 세포는 기존의 세포에서 출발했고, 모든 생명 활동 역시 세포에 기반하며, 마지막으로 세포는 스스로의 기능을 정의하고 다음 세대로 정보를 넘겨주기 위해 어떠한 방식으로든 유전정보를 가지고 있을 것이라고 설명하였다.
세포란 용어는 작은 방을 의미하는 라틴어의 "켈라(cella)"에서 유래하였다. 이 이름은 1665년 로버트 훅이 관찰하였던 코르크 세포를 수도승이 살던 작은 방에 비유한데서 유래하였다.
개론
세포의 특징
배양 접시에서 배양중인 쥐 세포.
세포는 군집을 이루어서 크게 자라지만, 개개의 세포는 약 10 마이크로미터 정도밖에 되지 않는다.
각 세포는 적어도 그 자체로 완전하며, 스스로 활동 가능하다. 즉 영양소를 받아들여서 에너지로 전환하고, 고유한 기능을 수행하며, 필요에 의해 번식할 수도 있는 것이다. 각 세포는 이러한 여러 활동을 수행하기 위한 각각의 소기관을 지니고 있다.
모든 세포는 다음과 같은 능력을 공유하고 있다.
• 세포분열을 통한 번식(이분법, 유사분열, 감수분열)
• 세포대사를 통해 흡수된 영양소로부터 세포 구성물을 형성하고, 에너지, 분자를 만들어내며, 부산물을 내버린다. 세포의 기능은 화학 에너지를 추출해서 사용하는 방식에 의해 결정된다. 이러한 에너지는 대사경로에서 추출된다.
• 단백질 합성 과정을 통해 단백질을 합성한다. 일반적인 유방 세포는 서로 다른 만 개 정도의 단백질도 가질 수 있다.
• 외부 혹은 내부의 자극에 대해 신호전달 체계를 가진다. 즉 자극은 온도, pH, 영양소 등이 있다.
• 소포(小胞)를 운반 한다
세포의 종류
진핵세포(eukaryote) 및 원핵세포(prokaryote). 왼쪽은 일반적인 인간의 진핵세포이며, 오른쪽은 일반적인 박테리아의 원핵세포이다. 진핵세포에는 세포핵(하늘색), 핵소체(푸른색), 미토콘드리아(주황색), 리보솜(진한 푸른색)이 나타나 있다. 원핵세포에는, DNA가 존재하는 핵양체(옅은 하늘색) 및 세포막(검은색), 세포벽(푸른색), 피막(주황색), 리보솜(진한 푸른색), 편모(검은색)이 나타나 있다.
세포를 분류하는 하나의 방법은 스스로 살아가는가, 집단을 이루어 살아가는가 하는 것이다. 유기체는 홀로 혹은 군체를 이루어 독립적으로 살아가는 단세포 형태에서, 각각의 세포가 특화되어 있는 다세포 형태에 이르기까지 다양한 종류가 있다. 인체를 구성하는 데는 220 종류의 세포 및 조직이 필요하다.
세포는 또한 내부 구조에 따라 두 가지로 분류될 수 있다.
• 원핵세포는 구조적으로 단순하다. 원핵세포는 단세포 혹은 군체에서만 발견된다. 생물분류 방식 중 3역 계통(고세균, 세균, 진핵생물 분류) 방식에서 고세균과 세균에 해당한다.
• 진핵세포는 세포소기관이 스스로의 세포막을 가지고 있는 것이다. 아메바나 일부 균류와 같은 단세포 형태에서부터, 식물, 동물, 갈조류 등과 같은 군체 및 다세포 형태까지도 존재한다.
세포의 모양과 크기
세포의 형태는 생물의 종류에 따라, 또 같은 생물이라도 조직이나 기관의 종류에 따라 다종다양하다. 그것은 세포의 기능과도 관계가 있지만 외부 요인, 예를 들어 기계적인 압력이나 표면 장력 등에 의해서도 결정된다. 단일 세포는 보통 공 모양이 되기 쉽지만 특별한 것(구균)을 제외하면 공 모양의 세포는 드물다. 실제로는 공 모양이나 약간 변형된 타원체가 된 것(난세포·꽃가루 세포·세균 따위), 세포 표면에 편모나 섬모가 나 있는 것〔(정자· 유주자(遊走子)· 여러 가지 원생동물> 등이 있다. 또 아메바·백혈구·점균의 변형체처럼 일정한 형태를 갖지 않고 모양이 끊임없이 바뀌는 세포도 있다.
세포의 구성 요소
일반적인 동물 세포 구조와 세포내 구성. 세포소기관은 다음과 같다. (1) 핵소체 (2) 세포핵 (3) 리보솜 (4) 소포 (5) 조면소포체 (6) 골지체 (7) 세포골격 (8) 활면소포체 (9) 미토콘드리아 (10) 액포 (11) 세포질 (12) 리소좀, (13) 중심소체
일반적인 식물 세포의 구조. 식물과 동물 세포의 차이는 표 2를 참조하기 바란다.
원핵세포든 진핵세포든 모든 세포는 세포막을 지니고 있다. 세포막은 세포 내부와 외부를 구분지으며, 내부와 외부의 물질 교류를 조절하며, 또한 세포 전위를 유지한다. 세포막 내부에는 염분성의 세포질이 거의 전부를 차지한다. 모든 세포는 유전자를 가지고 있는 DNA와, 효소 등의 단백질을 유전자 발현시키는데 필요한 정보를 가진 RNA를 가지고 있다. 그 외에도 여러 종류의 생체분자 역시 존재하지만, 여기에서는 주요한 세포 구성요소와 기능에 대한 간략한 설명만을 다룬다.
세포막
자세한 내용에 대해서는 세포막 문서를 참고하십시오.
세포막의 가장 큰 역할은 세포내부와 외부를 경계짓는 것이다. 세포막은 일반적으로 지질 이중층(지방형태의 분자)와 단백질로 구성되어 있다. 이러한 세포막 내부에는 영양분 및 부산물을 세포 내부 및 외부로 수송하기 위한 통로 및 펌프 역할을 하는 다양한 종류의 분자가 있다.
세포골격
자세한 내용에 대해서는 세포골격 문서를 참고하십시오.
세포골격은 중요하면서도 복잡하고 유동적인 구성 요소이다. 주로 하는 일은 세포의 형태를 정의하고 유지하는 것이다. 즉 각각의 세포소기관을 제자리에 고정시키며, 외부 물질을 받아들이는 과정인 세포내 이입을 도와준다. 또한 성장 및 운동시에 세포의 부분을 움직여주는 역할도 한다. 세포골격에는 수많은 단백질이 필요한데, 각각은 방향을 정하고, 서로 묶어주고, 정렬해주는 식으로 세포의 형태를 유지해준다.
유전 물질
DNA와 RNA이라는 두 가지의 유전 물질이 존재한다. 대부분의 유기체는 오랜기간 정보를 저장하기 위해 DNA를 사용하지만, 일부 바이러스(레트로바이러스 등)는 RNA을 이용하여 유전정보를 저장한다. 각 유기체에 해당하는 정보는 DNA나 RNA 순서에 암호화되어 저장된다. 또한 RNA는 mRNA 및 리보솜 RNA를 통해 정보 전달 및 효소 합성등에도 사용된다.
원핵세포의 유전 물질은 세포질의 핵양체 영역에 있는 단순한 순환 DNA 분자(세균 염색체)에 저장된다. 진핵세포의 유전 물질은 따로 존재하는 세포핵 내부에 직선 DNA 형태로 저장된다. 또한 이와는 별개로 추가적인 유전 물질이 미토콘드리아나 엽록체와 같은 세포소기관에 존재하기도 한다.
예를들어, 인간 세포에서 유전 물질 중 유전체는 세포핵에, 미토콘드리아 유전체는 미토콘드리아에 존재한다. 세포핵 유전자는 염색체라고 불리는 46개의 직선 DNA 분자구조로 구성되어 있다. 미토콘드리아 유전체는 세포핵 DNA와는 달리 순환 구조를 지닌다. 미토콘드리아 유전체는 매우 적지만, 중요한 단백질을 합성한다.
외부의 유전 물질(대개는 DNA)이 인공적으로 세포에 주입될 수도 있다. 이 과정은 형질주입이라고 한다. 주입된 DNA가 원래 세포의 유전체에 성공적으로 추가되지 않는다면 주입된 DNA는 일시적으로 존재할 뿐이지만, 성공적으로 추가된다면 안정된 상태로 유지될 수 있다.
세포소기관
자세한 내용에 대해서는 세포소기관 문서를 참고하십시오.
인체는 심장, 폐, 콩팥 등과 같은 많은 종류의 장기를 가지고 있으며, 각각은 각자의 기능을 수행한다. 세포 역시 세포소기관이라고 불리는 작은 기관으로 구성되어 있으며, 각 기관은 각자의 역할을 수행한다. 진핵세포의 경우, 각 기관 역시 세포막에 싸여있다.
• 세포핵 - 세포의 정보 창구: 세포핵은 진핵세포에서 가장 두드러진 기관이다. 유전체를 가지고 있으며, DNA 복제 및 RNA 합성이 이루어지는 곳이다. 세포핵은 둥근 모양을 가지고 있으며, 핵막으로 불리는 이중 세포막에 의해 세포질과 구분된다. 핵막은 DNA 구조 및 복제 과정을 지켜준다. 복제 과정 중에, DNA는 특수한 mRNA라는 RNA에 복제된다. mRNA는 이후 세포핵을 빠져나와서 특수한 단백질로 변화하게 된다. 원핵세포에서, DNA 복제 과정은 세포질에서 일어난다.
• 리보솜 - 단백질 합성기: 리보솜은 진핵세포와 원핵세포 모두에 존재한다. 리보솜은 RNA와 단백질을 포함한 복잡한 구조이며, mRNA이 나타내는 유전 명령어를 분석하는 일을 한다. mRNA의 유전 코드를 정확한 아미노산의 순서로 만드는 과정은 번역이라고 불린다. 단백질 합성은 모든 세포에서 중요하며, 하나의 세포에서도 수백-수천개의 리보솜이 존재하기도 한다.
• 미토콘드리아와 엽록체 - 세포내 발전기: 미토콘드리아는 모든 진핵세포의 세포질에 다양한 수, 모양, 크기로 존재하는 자기 복제 기관이다. 즉 미토콘드리아는 원래 세포의 유전 물질과는 달리 스스로의 유전체를 가지고 있다. 미토콘드리아는 진핵세포에서 에너지 생산을 담당하며, 에너지 생산은 복잡한 과정의 대사경로를 통해 이루어진다. 엽록체는 미토콘드리아보다도 크며, 태양 에너지를 광합성을 통해 화학 에너지로 바꾼다. 미토콘드리아와 마찬가지로 엽록체 역시 스스로의 유전체를 가지고 있다. 엽록체는 식물이나 해조류와 같은 광합성을 하는 진핵세포만이 가지고 있다. 다양한 종류의 변형 엽록체 역시 존재한다. 이는 일반적으로 색소체라고 불리며, 저장에 관련한다.
• 소포체와 골지장치 - 거대 분자 관리자: 소포체는 분자를 특정한 목적지로 수송하는 망의 역할을 담당한다. 주된 소포체에는 두 종류가 있는데, 리보솜을 표면에 지닌 조면소포체와 지니지 않는 활면소포체이다. 소포체에 있거나 세포 밖으로 나갈 단백질에 대한 mRNA의 번역은 조면소포체에 붙은 리보솜에서 이루어진다. 활면소포체는 지방 합성, 해독, 칼슘 보관에 중요한 역할을 한다. 이외에도 근육에서 칼슘 보관에 주로 사용되는 근소포체 역시 존재한다. 골지체로도 불리는 골지장치는 세포의 중추 전달 체계이며, 단백질 처리, 전송등을 담당한다. 이 두 세포소기관은 많은 양의 접힌 세포막으로 이루어져 있다.
• 리소좀과 과산화소체 - 세포 소화계: 리소좀 과 과산화소체는 때로 세포의 쓰레기 처리 시스템이라고도 불린다. 두 기관은 둥글게 생겼으며, 단층의 세포막으로 구성되며, 화학 반응을 촉진시키는 많은 양의 소화 효소를 지닌다. 예를 들어, 리소좀은 단백질, 핵산, 다당류 등을 분해하는 30개 이상의 효소를 지니고 있다. 여기서 진핵세포의 세포막에 의한 구분의 중요성을 알 수 있다. 즉 세포막이 없이는 이러한 파괴적인 효소를 지닌 채 세포가 존재할 수 없을 것이다.
• 중심소체 - 중심소체는 세포분열을 도와준다. 동물 세포의 경우 두 개의 중심소체를 지니고 있으며, 일부 균류 및 해조류에서도 발견되기도 한다.
• 액포 - 액포는 영양분 및 노폐물을 저장한다. 일부 액포는 추가 수분을 저장하기도 한다. 액포는 종종 액체로 채워진 공간을 의미하기도 하며, 세포막으로 둘러싸여 있다.
세포의 구조
원핵세포
원핵세포는 세포핵을 둘러싸는 핵막이 없다는 점에서 진핵세포와 큰 차이를 지닌다. 또한 진핵세포에게서 특징적인 세포간의 소기관 및 구조물을 가지고 있지 않다. 중요한 예외는 리보솜으로, 진핵세포와 원핵세포에 모두 존재한다. 미토콘드리아, 골지장치, 엽록체와 같은 세포소기관의 대부분의 기능은 원핵세포에서는 세포막이 담당한다. 원핵세포는 3개의 영역을 지닌다. 편모와 필리(세포 표면에 붙어 있는 단백질)라고 불리는 부속 기관 영역, 피막, 세포벽, 세포막으로 구성된 세포외막(cell envelope) 영역, 마지막으로 유전체(DNA) 와 리보솜 및 여러가지 세포 물질을 포함한 세포질 영역이 바로 그것이다.
• 세포막(인지질 이중층)은 세포 내부와 외부를 구분지으며 필터 및 통신의 역할을 담당한다.
• 대부분의 원핵세포는 세포벽을 지니고 있다. 세균인 미코플라스마 등이 예외이다. 세포벽은 세균에서는 펩타이드글리칸으로 구성되며, 외부힘에 대해 추가적인 벽으로 작용한다. 또한 세포벽은 저장성 환경에 대한 삼투압의 영향으로 세포가 파열되는 것을 막아준다. 세포벽은 균류 등의 진핵세포에도 존재하지만, 화학 구성이 다르다.
• 원핵세포의 염색체는 일반적으로 순환구조이다. 예외는 관절염을 유발하는 Borrelia burgdorferi이다. 유전물질을 감싸주는 세포핵이라는 막이 실제로는 없음에도 DNA는 핵양체에 모여 있다. 원핵세포는 플라스미드라는 추가염색체 DNA를 가지기도 하며, 이 역시 순환구조이다. 플라스미드는 추가적인 기능을 하는데, 항생물질에 대한 저항과 같은 것이다.
진핵세포
세포에는 진핵세포와 원핵세포 두 종류가 있다. 원핵세포가 일반적으로 그 스스로 생명체인 것에 비해 진핵세포는 일반적으로 다세포 유기체에서 발견된다. 진핵세포는 일반적인 원핵세포에 비해 10배가량 크고, 부피로 따지면 1000배나 크다. 원핵세포와 진핵세포의 가장 큰 차이는 진핵세포의 경우 특정 세포대사를 하는 세포의 일부분이 세포막에 둘러 싸여 있다는 것이다. 가장 중요한 부분은 세포핵이며 진핵세포의 DNA를 가지고 있는 부분을 세포막으로서 경계짓고 있다. 진핵세포의 진핵(眞核)이라는 이름 역시 "진실 된 세포핵"이 있다는 의미이다.
기타 차이점은 다음과 같다.
• 세포막은 원핵세포의 세포막과 기능면에서는 유사하나 구성에서 약간 차이가 있다. 세포벽이 있을 수도, 없을 수도 있다.
• 진핵세포의 DNA는 염색체라고 불리는 하나 혹은 그 이상의 직선 분자 구조로 되어 있다. 매우 압축되어 있으며, 히스톤 주위로 졉혀 있다. 모든 DNA는 세포질과 분리되어 세포핵에 존재한다. 일부 세포소기관은 소량의 DNA를 가지기도 한다.
| 원핵세포 | 진핵세포 |
일반적인 유기체 | 박테리아, 고세균 | 원생생물, 균류, 식물, 동물 |
일반적인 크기 | ~ 1-10 µm | ~ 10-100 µm (꼬리를 제외한 정자는 더 작다) |
세포핵의 형태 | 핵양체 영역; 실제 세포핵이 없다 | 이중 세포막 형태의 세포핵 |
DNA | 대개 순환형태 | 히스톤 단백질을 포함한 직선 분자 유전자 |
RNA/단백질 합성 | 세포질에서 일어남 | RNA-합성은 세포핵에서, 단백질 합성은 세포질에서 일어남 |
리보솜 | 70S (50S+30S) | 80S (60S+40S) |
세포질 구조 | 거의 구조가 없다 | 매우 구조적이며, 세포골격이 있다 |
화학주성(-走性) | 플라젤린으로 이루어진 편모 | 튜불린으로 이루어진 편모 및 섬모 |
미토콘드리아 | 없음 | 하나에서 수십 개 |
엽록체 | 없음 | 해조류 및 식물 |
조직 | 대개 단세포 | 단세포, 군체, 특화된 세포를 가지는 다세포 유기체 |
세포분열 | 이분열 | 유사분열감수분열 |
• 진핵세포는 섬모나 편모를 이용하여 움직인다. 편모라고 해도 원핵세포
일반 동물 세포 | 일반 식물 세포 | |
세포소기관 | • 세포핵 • 핵소체 • 조면소포체 • 활면소포체 • 리보솜 • 세포골격 • 골지체 • 세포질 • 미토콘드리아 • 소포 • 액포 • 리소좀 • 중심소체 | • 세포핵 • 핵소체 • 조면소포체 • 활면소포체 • 리보솜 • 세포골격 • 골지체 (dictiosomes) • 세포질 • 미토콘드리아 • 소포 • 엽록체 및 기타 색소체 • 중심 액포 • 액포막 • 과산화소체 • 글리옥시좀 |
추가 구조 | • 섬모 • 편모 • 세포막 | • 세포막 • 세포벽 • 세포질 연락사 • 편모 (생식자에만 존재) |
의 편모에비해서 더욱 복잡하다.
볼트(vault)
볼트(vault)는 1986년 처음으로 알려진 것으로 그 기능은 밝혀져 있지 않다
프로테아솜처럼 속이 빈 모양의 입자로 된 단백질이며 특정 암과 관련이 있는 것으로 보고되고 있다.
1990년대로 들어오면서 다소의 연구가 되고 있으며 빈공간에 물건을 수송하는 트럭(truck)과 같은 화물차기능이 있다고도 한다.
볼트(vault) 나노디스크를 이용한 약물전달방법 개발 2011.06.20 
UCLA 연구팀이 ‘볼트(vault)’를 활용한 새로운 약물전달 시스템을 개발했다. 볼트는 100nm 크기의 리보핵산단백질의 하나로서 나노캡슐 형태를 띠고 있고 내부가 텅 빈 독특한 구조적 특성으로 인해 최초로 약물전달 시스템에 적용된 것이다. 작은 원반형 이중 지질구조를 띠고 있어 소수성 물질을 쉽게 흡수할 수 있는 나노디스크 (nanodisk)에 먼저 약물을 얹은 뒤, 이 나노디스크를 볼트 내부에 싣는 전략을 도입했다. 이로서 나노디스크와 약물은 세포 외부의 환경으로부터 안전하고, 볼트의 내부가 크기 때문에 다양한 나노디스크를 장착할 수 있으며 약물의 분비 농도 향상에 기여한다. 또한 볼트는 작은 크기의 생체분자이기 때문에 의약품을 내포한 볼트를 타겟 세포가 쉽게 받아들일 수 있고 면역반응을 야기하지 않는다.
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