인체에는 많은 장기가 있으며, 그것들이 복잡하게 기능하면서 통합되어 전체적인 기능을 하고 있다. 그 장기의 구성 성분은 조직이며, 또 그 `조직은 `세포`로 구성되어 있다. 이 장에서는 그 세포의 형태와 기능, 그리고 증식 손상, 죽음과 같은 근본적인 현상의 병리와 병태생리에 대해서 살펴보겠다.
2-1 세포의 미세구조와 기능
세포는 각각의 장기와 조직에서 독자적인 기능을 담당하고 있다. 따라서 각 장기와 조직은 다른 것과 공통되는 세포군과 또 독자적인 세포군을 가지고 있다. 질병, 또는 그 초기단계라고 생각되는 병변이 발생했을 때는 반드시 거기에 대응하는 병태가 생긴다. 형태학적인 변화가 세포 속과 세포 밖, 양쪽 모두에서 나타나지만, 이 장에서는 우선 세포 속의 정상구조에 관해 설명한 다음에 병적인 상태에서의 구조 변화에 대해 살펴보기로 한다.
고등생물에서 세포 한 개의 초미세 형태학적 구조를 도식화한 것이 그림 2-1이다.
제일 바깥쪽에는 세포를 싸고 있는 세포막(형질막)이 존재한다. 이것은 인지질의 이중 구조로 되어 있으며, 세포막의 내외 쪽에는 인을 함유한 친수성 부분이 있고 그사이를 메우는 형태로 막안에 소수성 지질 부분이 2층으로 존재한다.
이 막의 안과 밖에도 돌출하는 형태로 여러 가지 단백질이 들어 있으며, 그 속에는 나트륨펌프 기능, 이온, 글루코스 등의 유입, 유출을 위한 채널 기능을 가진 단백질이나 또 세포의 증식인자 등에 대한 수용체 단백질 등도 있으며, 그 종류는 매우 다양하다. 막은 언제나 정지상태에 있는 것이 아니라, 인지질과 이들 단백질이 막 속을 유동하면서 일정한 형태를 유지하고 있다. 그 속에 중추 기관인 핵을 비롯하여 세포 내 소기관이라 불리는 구조물이 존재한다. 핵 이외의 구조물을 통틀어 세포질이라고 하는데, 이것은 졸(S인)상, 젤(Gel) 상의 원형질로 세포골격과 세포 내 소기관을 모두 모두 합친 말로서, 실제로 광학현미경으로 관찰해보면 이들 전체가 거의 균질한 무구조 물질처럼 보인다.
핵은 고등생물의 거의 모든 세포에 있지만, 예외적으로 피부가 각화된 세포나 적혈구, 혈소판은 탈핵한 후의 세포이기 때문에 핵을 가지고 있지 않다. 핵은 이중 막으로 둘러싸여 있으며, 이 핵막은 조면소포체의 소포 구조가 연속되어서 형성된 것이다. 그 속에 보존되고 있는 염색체는 유전자의 본체라고도 할 수 있는 DNA(deoxyribonucleic acid : 데옥시리보핵산)가 히스톤 단백질에 휘감기어 응축된 것으로, 그 세포의 유전정보를 거의 모두 가지고 있다. 핵 내에는 핵소체라고 불리는 구조가 관찰되는데, 이것이 RNA(bonucleic acid : 리보핵산)의 집합체이다. 세포질 안에서 아래와 같이 형태와 기능을 가진 것을 세포 내 소기관이라고 한다. 미토콘드리아는 이중 막으로 싸인 내강 기관으로, 안쪽 막에서 내부 공간에 주름 모양으로 돌출한 크리스타(Crysta)라고 불리는 특징적인 구조가 보인다. 이 이중 막의 안쪽에는 해당계 효소가 있고 내외막 사이에는 TCA 사이클 효소, 그리고 내막 안에는 토크롬옥시다제(cytochrome oxidase) 등이 있어, 전자전달계의 반응을 담당한다. 또 ATP의 형태로 에너지를 생산하는 효소가 내재해 있으며 핵 외에는 DNA, RNA가 존재한다는 것도 밝혀졌다. 소포체는 문자 그대로 주머니 모양의 구조물로서, 표면에 리보솜이 부착해 있는 조면소포체와 리보솜이 없으며, 표면이 평평하고 매끄러운 활면소포체의 2종류가 있다.
조면소포체에서는 리보솜에서 아미노산이 사슬 모양으로 연결되어 단백질이 만들어지며, 소포체 내강으로 깊숙이 그 아미노산 사슬이 뻗어나간다. 한편, 활면소포체는 세포에 따라서 다른 기능을 가지고 있지만, 역시 기본적으로는 단백질과 지질의 함성에 관여하고 있다. 예를 들어 부신피질 세포에서는 스테로이드 호르몬, 피지선에서는 지방질, 간세포에서는 해독 효소나 글리코겐 분해효소(글루코스-6-포스파타아제) 등의 합성이다. 골지장치는 소포체와 같은 주머니의 집합으로 이루어져 있으며, 리보솜과 소포체로 만들어져 수송되어 은 아미노산 사슬, 즉 단백질의 전구체를 절단하여 당을 부가하거나 또는 지방을 농축해서 각각 성숙 형으로 바꾸어 세포막으로 운반한다. 이렇게 해서 분비형의 단백질은 최종적으로 세포 밖으로 방출되고, 막형의 단백질(수용체 등)은 소포에 꽂힌 채로 소포의 일부로서 세포막에 들어가 막 위에 존재하게 된다. 또 골지장치는 조면소포체로 형성된 리소좀을 농축해서 성숙 형으로 변환시킨다. 리소좀은 주로 단백 분해효소, 특히 산성 포스파타아제 등의 가수분해효소를 비롯한 각종 효소를 포함하고 있는 소포모양의 기관으로서 이물질, 노폐물, 죽은 세포 등을 소화하는 기능을 한다.
위에서와 같이 세포내 미세기관은 실제로 세포 속에 떠 있는 것이 아니라 세포의 형태를 유지하기 위한 지지조직인 '세포골격'에 의헤 유지되며, 공간적으로 서로 제어되고 있다. 이 셰포골격은 대락 3가지 종류로 분류할 수 있다. 세포막 바로 안폭에 존재하며 막 형태의 보존, 변형, 세포의 이동에 관여하는 것이 마이크로 필라멘트이다. 이것은 직경 5mm 전후의 아주 가는 필라멘트이기 때문에 ‘마이크로’라는 단어로 나타내는데, 액틴이나 미오신이 여기에 속한다.이 마이크로 필라멘트의 더 안쪽에서 결합하는 것이 직경 10nm 정도의 증간지름 필라멘트이다. 직경이 큰 미세관(약 25nm)과 마이크로 필라멘트의 중간 직경을 가지고 있으므로 '중간지름' 이라고 한다. 중간지름 필라멘트는 세포의 종류에 따라 특이성이 있어 상피세포에는 각질(keratin), 근세포에는 데스민(desmin), 간엽계 세포에는 비멘틴(vimetin), 신경세포에는 신경세사(Neurofilament)와 같은 각각 특유의 필라멘트를 가지고 있다. 가장 굵은 미세관은 핵분열을 할 때 염색사를 규칙적으로 배열시킨다.
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