세포는 태어나고, 일하고, 죽는다
세포는 영원히 돌아가는 기계가 아닙니다. 만들어지고, 자기 일을 하다가, 언젠가 멈춥니다. 우리 몸에서는 매일 많은 세포가 죽고, 새 세포가 그 자리를 채웁니다.
이 수업에는 큰 생각이 두 가지 있습니다. 노화(시간이 지나며 천천히 변하는 것)와 세포 죽음(끝)입니다. 죽음은 계획된 것(세포자멸사)일 수도, 우연한 것(괴사)일 수도 있습니다.
늙어 가는 세포의 특징
늙은 세포는 젊은 세포와 모습도 일하는 방식도 다릅니다. 다음 신호를 찾아보세요.
- 크기가 작아짐: 세포가 물을 잃고 조금 쪼그라듭니다.
- 일이 느려짐: 효소가 잘 작동하지 않아서 에너지와 새 물질을 천천히 만듭니다.
- 노폐물이 쌓임: 오래된 노폐물이 빨리 치워지지 않아서 갈색 색소(리포푸신 같은 것)가 안에 쌓입니다.
- 핵이 변함: 핵이 더 커지거나, 더 어두워지거나, 이상한 모양이 될 수 있습니다.
- 막이 약해짐: 필요한 물질을 들이고 내보내는 일을 잘 못합니다.
- 분열을 멈춤: 늙은 세포 중 많은 수가 더 이상 분열하지 못합니다.
왜 이런 일이 생길까요? 시간이 지나면 DNA에 손상이 쌓이고, 평소 생활에서 만들어지는 해로운 화학 물질(활성 산소라고 부릅니다)이 세포의 부품을 다치게 하고, 염색체 끝을 보호하는 부분(텔로미어)이 분열할 때마다 짧아집니다. 끝이 너무 짧아지면 세포는 분열을 멈춥니다.
세포의 노화는 느리고 조금씩 일어납니다. 몸 전체의 노화는 많은 세포가 함께 늙은 결과입니다.
세포자멸사: 계획된 세포 죽음
세포자멸사(아포토시스)는 모든 세포 안에 들어 있는 죽음의 프로그램입니다. 세포가 '너는 손상됐어' 또는 '이제 네가 필요 없어' 같은 신호를 받으면 카스페이스라는 효소가 켜져서 세포의 부품을 질서 있게 자릅니다.
- 세포가 쪼그라들고 이웃 세포에서 떨어집니다.
- 핵과 DNA가 조각조각 잘립니다.
- 세포 표면이 부풀어 오르고 세포가 막으로 닫힌 작은 조각들로 나뉩니다.
- 이웃 세포나 청소를 맡은 특별한 세포(식세포)가 그 조각을 먹습니다.
아무것도 새어 나오지 않으므로 부기(염증)가 없습니다. 세포가 스스로를 적극적으로 분해하기 때문에 세포자멸사에는 에너지(ATP)가 필요합니다.
괴사: 다쳐서 일어나는 죽음
괴사는 세포가 바깥에서 온 것 때문에 심하게 다칠 때 일어납니다. 화상, 강한 독, 혈액 공급 부족, 감염 같은 것들입니다. 세포는 무슨 일이 벌어지는지 조절할 수 없습니다.
- 막이 제 기능을 못 해서 세포가 부풉니다.
- 막이 터집니다.
- 내용물이 주위 공간으로 쏟아집니다.
- 몸은 염증으로 반응합니다. 붉어지고, 붓고, 아프며, 이웃 세포도 다칠 수 있습니다.
세포자멸사와 괴사: 나란히 비교
| 특징 | 세포자멸사 | 괴사 |
|---|---|---|
| 원인 | 안에서 오는 신호. 정상이거나 손상이 발견됨 | 바깥의 부상, 독, 혈액 부족 |
| 계획된 것인가? | 예, 프로그램이다 | 아니요, 우연이다 |
| 세포 크기 | 줄어든다 | 부푼다 |
| 세포막 | 온전하다. 조각을 만든다 | 터진다 |
| 에너지(ATP) | 필요하다 | 필요하지 않다 |
| 이웃 세포 | 해를 입지 않는다. 조각을 먹는다 | 쏟아진 내용물에 해를 입는다 |
| 염증 | 없다 | 있다 |
세포자멸사가 중요한 이유
- 몸의 모양 만들기: 손가락과 발가락 사이의 막, 올챙이의 꼬리를 없앱니다.
- 늙은 세포 치우기: 늙은 혈액 세포와 장 안쪽 세포를 없애고 새것으로 바꿉니다.
- 위험한 세포 없애기: DNA가 심하게 손상된 세포는 죽으라는 명령을 받아서 암으로 자라지 못합니다. 세포자멸사가 실패하면 손상된 세포가 살아남아 계속 분열할 수 있습니다. 더 알아보려면 암 생물학을 읽어 보세요.
- 균형: 만들어지는 세포 수와 없어지는 세포 수가 같으면 조직의 세포 수가 일정하게 유지됩니다.
세포자멸사가 너무 적으면 암이 생길 수 있습니다. 너무 많으면 조직이 다칠 수 있는데, 쓸모 있는 신경 세포가 죽는 어떤 병이 그런 예입니다.
해 보기: 차이를 찾아라
3D에서: 마지막 단계로 가세요. 세포자멸사를 누르고 시간 슬라이더를 천천히 움직이며 세포의 크기가 어떻게 되는지 적어 보세요. 괴사로도 똑같이 해 보세요. 확인: 자멸사는 줄고, 괴사는 부푼다.
집에서: 신선한 포도 한 알과 마른 건포도 한 알을 준비하세요. 건포도는 작고 주름져 있어서 늙고 쪼그라든 세포 같습니다. 이제 건포도를 물에 한 시간 담가서 부푸는 모습을 보세요. 줄어드는 것과 부푸는 것 중 어느 쪽이 세포자멸사와 닮았고, 어느 쪽이 괴사와 닮았을까요?
핵심 공식과 정의
- 세포자멸사 = 계획됨, 줄어듦, 닫힌 조각, 염증 없음, ATP 필요
- 괴사 = 부상 때문, 부풂, 터짐, 염증, 이웃에게 해
- 세포자멸사의 핵심 효소: 카스페이스
- 조직의 세포 수가 일정할 때: 만들어진 세포 = 없어진 세포
- 노화의 신호: 작아짐, 느려짐, 노폐물(색소), 핵 변화, 짧아진 텔로미어
풀이 예제
1. 어떤 조직에 세포가 1000개 있습니다. 매일 10개가 세포자멸사로 죽고 10개의 새 세포가 만들어집니다. 5일 뒤 세포는 몇 개일까요?
만들어진 세포와 없어진 세포가 같으므로 수가 변하지 않습니다. 5일 뒤에도 세포는 1000개입니다. 세포자멸사가 지켜 주는 이런 균형이 바로 안정된 상태입니다.
2. 농부의 손이 뜨거운 기름에 데었습니다. 피부가 붉게 붓습니다. 이 세포 죽음은 세포자멸사일까요, 괴사일까요? 이유를 두 가지 말해 보세요.
괴사입니다. 이유 1: 원인이 계획된 신호가 아니라 바깥의 부상(열)입니다. 이유 2: 붓고 붉어지는 것(염증)은 세포가 터져서 내용물이 쏟아질 때 일어납니다.
3. 개구리가 자라면서 올챙이 꼬리가 사라집니다. 어떤 과정이 이렇게 할까요? 그리고 왜 유용할까요?
세포자멸사입니다. 꼬리의 세포들이 제때 죽으라는 신호를 받고, 아무것도 새지 않은 채 먹혀 없어집니다. 개구리에게 더 이상 필요 없는 부분을 몸의 나머지에 해를 주지 않고 없애 줍니다.
자주 하는 실수
- 모든 세포 죽음이 나쁘다고 생각하기. 세포자멸사는 건강하고 계획된 것이며 우리 몸에 꼭 필요합니다.
- 크기 변화를 거꾸로 알기: 자멸사는 세포를 줄이고, 괴사는 세포를 부풀립니다.
- 세포자멸사가 부기를 만든다고 말하기. 내용물이 닫힌 조각 안에 있으므로 부기는 생기지 않습니다.
- 괴사가 프로그램이라고 생각하기. 괴사는 세포가 조절할 수 없는 우연한 손상입니다.