세포의 발견과 세포설
세포는 살아 있는 가장 작은 단위이다. 대부분의 세포는 눈으로 볼 수 없을 만큼 작아서 현미경(작은 것을 크게 보여 주는 도구)이 필요하다.
- 1665년 – 로버트 훅은 코르크 조각에서 작은 상자들을 보고 세포라고 불렀다(라틴어 cella = 작은 방). 죽은 세포였다.
- 1674년 – 레이우엔훅은 더 좋은 렌즈로 연못물에서 세균 같은 살아 있는 세포를 보았다.
- 1831년 – 로버트 브라운이 핵을 발견했다.
- 1838~39년 – 슐라이덴과 슈반은 모든 식물과 동물이 세포로 되어 있다고 말했다.
- 1855년 – 피르호는 새 세포는 이미 있던 세포에서만 생긴다고 덧붙였다.
세 줄로 보는 세포설
- 모든 생물은 하나 이상의 세포로 이루어져 있다.
- 세포는 구조와 기능의 기본 단위이다.
- 모든 세포는 이미 있던 세포에서 생긴다.
세포가 하나인 생물(아메바, 세균)은 단세포 생물이고, 세포가 많은 생물(사람, 망고나무)은 다세포 생물이다.
집에서 해 보기
양파 껍질 안쪽의 얇은 막을 벗겨 물 한 방울과 함께 슬라이드글라스에 올리고, 학교 현미경이나 휴대폰 접사 렌즈로 보자. 벽돌처럼 가지런한 세포가 보인다.
원핵세포와 진핵세포, 식물세포와 동물세포
원핵세포와 진핵세포
| 원핵세포 | 진핵세포 |
|---|---|
| 아주 작다 (1–10 µm) | 더 크다 (5–100 µm) |
| 핵막이 없고 DNA는 핵양체라는 부분에 있다 | 핵막이 있는 진짜 핵이 있다 |
| 막으로 싸인 소기관이 없다 (미토콘드리아, 엽록체 없음) | 막으로 싸인 소기관이 많다 |
| 세균, 남조류 | 식물, 동물, 균류, 아메바 |
식물세포와 동물세포
| 식물세포 | 동물세포 |
|---|---|
| 세포막 바깥에 셀룰로스로 된 세포벽이 있다 | 세포벽이 없다 |
| 모양이 고정된 상자형이다 | 모양이 변할 수 있고 대개 둥글다 |
| 엽록체가 있다 (초록색 부분) | 엽록체가 없다 |
| 큰 중심 액포가 하나 있다 | 액포가 작거나 없다 |
| 중심체는 보통 없다 | 중심체가 있다 |
둘 다 세포막, 세포질, 핵, 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 리보솜이 있다.
세포 소기관과 그 기능
소기관은 세포 속의 작은 부분으로, 공장의 방처럼 각각 한 가지 일을 맡는다.
- 세포막(원형질막): 얇은 바깥 껍질. 선택적 투과성이 있어서 어떤 물질은 통과시키고 어떤 물질은 막는다.
- 세포벽(식물, 균류): 세포막 바깥의 단단한 셀룰로스 층. 모양과 힘을 주고 물속에서 세포가 터지지 않게 막는다.
- 핵: 세포의 조종실. DNA로 이루어진 염색체가 있어서 설계도를 담고 형질을 다음 세대에 전한다.
- 세포질: 세포를 채운 젤리 같은 물질. 소기관이 그 속에 있다.
- 미토콘드리아: 발전소. 음식을 분해해 ATP라는 에너지를 낸다. 자기만의 DNA와 리보솜이 있다.
- 색소체(플라스티드): 엽록체(초록색, 엽록소가 있어 광합성으로 양분을 만듦), 백색체(색이 없고 녹말, 기름, 단백질을 저장). 색소체도 자기 DNA가 있다.
- 소포체(ER): 관이 얽힌 그물. 거친면 소포체는 리보솜이 붙어 있어 단백질 만드는 일을 돕고, 매끈면 소포체는 지방(지질)을 만들며 간세포에서 독을 없애는 일을 돕는다. 둘이 함께 막을 만든다(막 형성).
- 리보솜: 단백질을 만든다.
- 골지체: 물질을 저장하고, 바꾸고, 포장해서 밖으로 보낸다. 리소좀도 만든다.
- 리소좀: 소화 효소가 든 주머니로 쓰레기와 낡은 부분을 치운다. 세포가 심하게 다치면 터져서 세포 자신을 소화하기 때문에 자살 주머니라고 부른다.
- 액포: 저장 주머니. 식물세포에서는 아주 커서 세포의 대부분을 채우기도 하며 세포를 탱탱하게(팽압) 유지한다.
확산과 삼투
확산: 입자가 스스로 퍼져서 많이 모인 곳에서 적은 곳으로 움직이는 현상이다. 산소는 확산으로 세포에 들어가고 이산화탄소는 확산으로 나온다.
삼투: 물이 선택적 투과성 막을 통해 물이 많은 쪽(묽은 용액)에서 물이 적은 쪽(진한 용액)으로 움직이는 현상이다.
바깥 용액의 세 종류
- 저장액(바깥이 더 묽음, 예: 순수한 물): 물이 들어가 세포가 부푼다. 동물세포는 터질 수 있고, 식물세포는 세포벽 덕분에 단단하게 유지된다.
- 등장액(농도가 같음): 실제로 움직이는 물이 없어서 변화가 없다.
- 고장액(바깥이 더 진함, 예: 짠물): 물이 나가서 세포가 쪼그라든다. 식물세포에서는 내용물이 세포벽에서 떨어져 나오는데 이것이 원형질 분리이다.
세포는 세포내 섭취(엔도사이토시스)로 음식도 먹는다. 아메바는 세포막으로 먹이를 감싼다. 막이 유연하기 때문에 가능하다.
집에서 해 보기
그릇 두 개에 하나는 맹물, 하나는 아주 짠물을 담고 각각 건포도 5개를 넣는다. 2시간 뒤에 비교해 보자. 먼저 예상한 다음 확인한다.
세포 분열: 체세포 분열과 감수 분열
새 세포는 성장하고, 늙거나 다친 세포를 바꾸고, 생식세포(정자와 난자)를 만들기 위해 필요하다.
| 체세포 분열 | 감수 분열 |
|---|---|
| 세포 1개 → 딸세포 2개 | 세포 1개 → 딸세포 4개 (분열 두 번) |
| 어미 세포와 염색체 수가 같다 | 염색체 수가 절반이 된다 |
| 딸세포가 서로 똑같다 | 딸세포가 서로 다르다 |
| 성장과 재생(피부, 뿌리 끝)에 쓰인다 | 생식 기관에서만 일어나 정자와 난자를 만든다 |
왜 절반일까? 정자와 난자가 합쳐지면 절반씩 더해져 다시 온전한 수가 되기 때문이다. 사람은 체세포 염색체가 46개, 생식세포는 23개이다.
핵심 공식과 정의
- 세포 = 생명의 구조와 기능의 기본 단위
- 원핵생물: 핵막 없음(핵양체); 진핵생물: 진짜 핵
- 식물세포에만 있는 것: 세포벽, 엽록체, 큰 액포
- 미토콘드리아 = 발전소(ATP); 리소좀 = 자살 주머니
- 삼투: 물이 선택적 투과성 막을 통해 묽은 쪽에서 진한 쪽으로 이동
- 저장액 → 부풂; 등장액 → 변화 없음; 고장액 → 쪼그라듦(원형질 분리)
- 체세포 분열: 1 → 2개 똑같은 세포, 염색체 수 같음; 감수 분열: 1 → 4개, 수가 절반
풀이 예제
1. 어떤 세포에 핵막도 없고 미토콘드리아도 없다. 원핵세포일까, 진핵세포일까? 예를 하나 들어라.
핵막이 없으면 DNA가 핵양체에 풀려 있다는 뜻이고, 막으로 싸인 소기관도 없다. 그러므로 원핵세포이며, 예는 세균이다.
2. 어떤 세포에 세포벽과 큰 액포가 있지만 엽록체는 없다. 그래도 식물세포일 수 있을까?
그렇다. 세포벽과 큰 중심 액포는 식물세포의 특징이다. 뿌리 세포는 초록색이 아니어서 엽록체가 없다(녹말을 저장하는 백색체는 있을 수 있다).
3. 건포도는 물에서 부푸는데 소금 뿌린 망고 조각은 왜 물이 나올까?
건포도는 안쪽이 물보다 진해서 삼투로 물이 들어간다(바깥이 저장액). 망고 바깥의 소금은 바깥을 더 진하게 만들어(고장액) 세포에서 물이 나가게 한다.
4. 사람의 체세포에는 염색체가 46개 있다. 체세포 분열 뒤 세포마다 몇 개일까? 감수 분열 뒤에는?
체세포 분열은 수를 그대로 유지한다: 세포 2개 각각 46개. 감수 분열은 절반이 된다: 세포 4개 각각 23개.
5. 식물세포는 순수한 물에 두어도 터지지 않는데 적혈구는 왜 터질 수 있을까?
두 세포 모두 삼투로 물이 들어간다. 식물세포는 단단한 셀룰로스 세포벽이 밀어 내서 터지지 않는다(세포가 팽팽해진다). 적혈구는 세포벽이 없어서 계속 부풀다가 터질 수 있다.
6. 세포의 골지체가 일을 멈추면 무엇이 영향을 받을까?
골지체는 소포체가 만든 물질을 포장해서 내보내고 리소좀을 만든다. 그래서 효소나 호르몬 같은 물질의 포장과 분비가 멈추고 새 리소좀도 만들어지지 않는다.
자주 하는 실수
- 로버트 훅이 살아 있는 세포를 보았다고 쓰는 것. 훅이 본 코르크 세포는 죽은 세포였고, 살아 있는 세포를 처음 본 사람은 레이우엔훅이다.
- 세균에는 DNA가 없다고 생각하는 것. DNA는 있다. 다만 핵막으로 싸여 있지 않을 뿐이다.
- 확산과 삼투를 섞어 쓰는 것. 삼투는 선택적 투과성 막을 통한 물의 이동에만 쓰는 말이다.
- 감수 분열이 세포 2개를 만든다고 쓰는 것. 감수 분열은 염색체가 절반인 세포 4개를 만들고, 체세포 분열이 2개를 만든다.