생물학 개론 - 골지체

이탈리아의 과학자인 골지가 발견한 골지체는 계속해서 변화하는 세포 내의 역동적인 소기관 중에 하나로 알려져 있습니다. 생물학 개론에서 중요한 개념인 골지체에 대하여 정리하였습니다.

 

골지체

 

 

골지체

 

 

골지체란 무엇인가

 

     1898년 이탈리아의 과학자인 골지(Camillo Golgi)는 금속염을 포함하는 조직 염색 기술을 이용함으로써 광학현미경을 통해서는 보이지 않았던 구조를 관찰할 수 있었습니다. 예를 들면 그는 신경세포의 가늘고 긴 연결 부분인 축삭과 수상돌기를 발견하였으며, 또한 오늘날 그의 이름을 딴 골지체(Colgi complex)라는 독특한 구조를 발견했습니다. 골지체는 눈으로 볼 수 있는 첫번째 세포질내 구조 중의 하나였지만, 이런 발견에도 불구하고 골지쳬의 완전한 기능이 밝혀지기까지는 약 70~80년이 걸렸습니다.

     최근 전자현미경으로 이루어진 골지체에 대한 연구에서는 이 골지체가 핵 가까이에서 발견되는 일련의 편평한 자루 같은 주머니, 즉 시스터나(cistemae)임을 보여줍니다. 이들이 연속되어 있는 구조는 '골지층(Golgi stack)'이라 명명되며, 몇몇 생물학자들은 식물 세포의 이 골지층을 딕티오솜(dictyosome)이라 부르기도 합니다.

     골지체는 아주 끊임없이 변화하는 세포내의 역동적인 소기관 중의 하나입니다. 골지 시스터나가 실제적으로는 조면소포체에서 나온 소낭(vesicle)이 모여 기원한 것입니다. 조면소포체에서 생성된 산물들을 담고 있는 소낭이 골지체의 형성면(cis face)과 계속적으로 융합합니다. 반면 형성면은 그 자신의 소낭을 출아하고 이것이 정렬 선상의 다음 시스터나에 더해집니다. 이 활동이 반복되어, 소낭은 순서적으로 한 시스터나에서 형성되어 골지충의 다음 시스터나에 더해집니다. 이것이 골지층이 형성되는 방법입니다. 결국 소낭은 성숙면(trans face)을 이루게 합니다. 성숙면으로부터 다시 형성된 소낭은 골지체를 떠나 다양한 목적지를 향하게 됩니다.

     그러면 출아란 무엇일까요? 그 해답의 일부는 생화학적인 연구가 밝혔듯이 골지층은 실제적으로 하나의 조립 공정으로서, 조면소포체로부터 오는 다양한 단백질을 단계적으로 변형시키는 데 관여합니다. 하나의 효소 기구는 골지체의 각 층에 있는 시스터나에 특이적인 효소들이 이 복잡한 조립 공정에서 많은 반응을 담당합니다. 최종적인 처리는 성숙면에서 일어나는데, 거기에서 서로 다른 산물이 나누어지고, 그 각각은 그 자신의 소낭 안에 포장됩니다. 예를 들면, 어떤 강력한 소화 효소는 성숙면에서 최종적인 변형물로 되고 그 다음 리소좀(lysosome)을 형성하기 위해 나중에 모아지는 수많은 소낭으로 들어갑니다. 다른 산물은 일시적으로 저장 입자에 저장되기도 하지만, 어떤 것은 직접 원형질막으로 이동해서 세포로부터 분비(배출)되는 분비 소낭으로 들어갑니다. 식물 세포에서 새로이 형성된 세포벽 물질은 발달중에 있는 세포벽으로 이런 소낭을 통해 전달됩니다. 세포생물학자들은 골치체에 대해 꽤 많은 것을 알고 있지만 아직도 모르는 것이 많습니다. 가장 최근의 수수께끼는 골지체가 물질의 복잡한 분배 과정을 어떻게 관리하는가 하는 것입니다.

 

리소좀

     리소좀이 식물 세포에 존재하는가 하는 것에 대해서는 약간의 이견이 있지만, 동물 세포에서는 거의 모든 유형의 세포에서 발견됩니다. 리소좀은 대체로 구형이며 막으로 싸인 주머니 형태입니다. 리소좀의 외양은 단순하나 세포의 생활에서 행하는 역할은 놀랄 만합니다. 리소좀에는 조면소포체에서 합성되어 주로 골지체에 의해 포장된 강력한 가수분해효소가 들어 있는데, 여기에서 모두 약 40종의 효소가 검출되었습니다. 흥미롭게도 그 효소들이 효과적으로 작용하기 위해서는 산성 조건을 필요로 하는데, 때문에 만일 리소좀이 터지게 되더라도 세포질에 대한 손상이 방지됩니다. 리소좀은 세포질로부터 자기 내부로 양성자를 활발하게 펌프해 들여옴으로써 산성 조건을 만들어 냅니다.

     세포생물학자인 드 뒤브(Christian de Duve)는 생화학적 실험 중거로서 리소좀의 존재를 예측하고, 전자현미경으로 리소좀을 찾는 작업을 계속했습니다. 리소좀이 발견되었을 때，드 뒤브는 리소좀을 작은 '자살 주머니'라고 기술했는데, 이러한 그의 시적인 상상은 전적으로 부당한 것은 아니었습니다. 왜냐하면 리소좀이 자가소화작용(autophagy)이라는 청소 과정에 관여하고 있음이 알려졌는데, 세포내에 있는 손상되었거나 노화된 세포소기관들이 분해 액포로 홉수되어 리소좀의 효소에 의해 가수분해되기 때문입니다. 실제로 자가소화작용은 그것이 의미하는 것처럼 그리 파괴적이지는 않습니다. 사실상 세포의 파괴는 때로 정상적인 대사의 일부이기도 합니다. 다른 예에서 볼 수 있듯이 리소좀은 기능을 잘 행하지 못하는 잉여 세포나, 발생 중에 있는 손가락 사이의 조직처럼 발달 과정의 일부로서
퇴화하고 있는 몸체의 세포를 파괴하기도 합니다. 리소좀의 작용 후에는 식세포인 백혈구가 남긴 것을 청소합니다<타가소화작용(heterophagy)>.

     리소좀은 또한 어떤 건강하고, 활동적인 세포에서도 특이한 기능을 합니다 . 이러한 세포들은 고체로 된 물질을 섭취하여 분해 액포를 형성하는데, 그러면 리소좀이 분해 액포와 융합하여 포획된 물질의 분해에 자신의 효소를 사용합니다.

     원래 있어야 하는 어떤 리소좀 효소가 바뀌거나 없어짐으로써 수많은 유전적 장애를 일으킬 수도 있습니다. 이것은 어떤 물질이 리소좀과 반응하지 못한 원래 형태로 세포내에 축적되어, 소위 저장병(storage disease)을 유발한다는 것을 의미합니다. 대부분의 이런 질병은 태어난 지 5년 동안에는 치명적입니다. 유럽의 유태계 어린 아이들 사이에서 비교적 흔한 유전병인 테이-삭(Tay-Sachs) 병은 이러한 저장병 중의 하나입니다. 그 질병 중에서 결정적인 리소좀 효소(N-acetylhexosamimdase)의 결핍은 뇌세포 내에 갱글리오시드(ganglioside)라는 지질을 축적시키게 되어 정신박약, 시력 상실, 그리고 끝내는 죽음을 유발하기도 합니다.

 

 

참고할 글

 

• 생물학 개론 - 합성 및 저장 세포소기관과 세포질 내 수송
• 생물학 개론 - 통합 조절과 세포증식, 핵