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내부적 지지－세포골격
몇 년 전까지만 해도 세포질의 투명한 부분에 있는 구조에 대해서는 거의 알려지지 않았습니다. 이 부분은 눈에 띄는 세포소기관들의 외부에 채워져 있습니다. 그러한 부분은 구조가 없고 단순히 유체로 채워져 있는 것처럼 보였고, 따라서 '세포 기질' 또는 '기반 물질'로 불렸습니다. 그러나 형광현미경과 높은 전압의 투과전자현미경의 발명으로 이 부분에 관한 훨씬 많은 내용들이 알려지고 있습니다. 분석 결과에 따라 이 기질에는 세포골격(cytoskeleton)을 형성하는 지지 섬유들이 복잡하고 미로 같은 망상구조가 들어 있는 것이 밝혀졌습니다. 현재는 온전한 세포 또는 적어도 세포의 두꺼운 절편들을 조사할 수 있으며, 이것들을 모아 3차원적 그림을 만듭니다.
이러한 전자현미경 사진으로부터, 세포생물학자들은 세포골격이 3가지 유형의 섬유질 성분, 즉 주로 단백질로 되어 있는 매우 가는 미세섬유(inicrofilarncnt, 직경 6 nm), 중간섬유(intermcdiated filament, 직경 7- 11 nm) 그리고 더 큰 미세소관(microtubule, 직경 22 nm)으로 구성되어 있다고 결론지었습니다. 그 길이는 매우 다양합니다. 이 세포골격 요소들은 지지하는 구조 틀에 세포소기관을 포용하고, 세포의 운동을 도우며, 원형질막을 고정시키고, 체계적 방식으로 화학적 작용이 일어날 수 있는 표면을 제공합니다.
액틴 미세섬유
액틴 미세섬유(actin niicrofllament)는 서로 감고 있는 2개의 가느다란 액틴 사슬로 이루어져 있습니다. 미세섬유는 그들과 연결된 단백질에 따라 다양한 역할을 합니다. 예를 들면, 원형질막 아래에서 십자형으로 교차하는 섬유질 망상조직은 교차하는 지점에서 짧은 마디의 액틴에 의해 함께 묶입니다. 단지 인지질 이중층만으로는 그다지 강하지 않으므로 이러한 강하고 유연한 섬유 망상조직은 중요합니다.
액틴 미세섬유는 다른 단백질과 결합하여 장 내벽 세포의 미세융털(microvillus, brush border) 내에서 지지 망상구조를 형성합니다. 또한 미세섬유는 표면 아래 더 깊숙한 부분에서 좀더 강한 지지를 제공하는 중간섬유와 결합합니다. 이렇게 다른 단백질과 결합한 액틴 미세섬유는 어떤 형태의 세포 운동에도 관여합니다. 앞서 언급된 세포질유동은 식물 세포내 세포질의 활발한 순환운동을 포함하는데, 액틴 미세섬유는 보다 자유로운 세포질의 움직임에 대하여 고정된 경계면을 형성합니다. 연구자들은 움직이는 세포소기관에 연결된 어떤 단백질이 계속되는 세포질유동의 활동을 촉진시키는 방식으로 액틴과 상호작용한다고 믿고 있
습니다. 아메바운동(ameboid movement)을 하는 섕물쳬는 더 유동적인 부분이 홀러들어가는 튜브 모양의 확장된 부분인 위족(pseudopod) 안으로 자신의 일부를 밀어 넣음으로써 스스로 움직입니다. 확장과 수축 상태는 서로 전환이 가능하므로 마치 세포가 '스스로를 밀어내고 뒤쫓아가는 것'처럼 보입니다. 액틴 미세섬유는 또한 동물 세포가 분열할 때 나타나는 원형질막의 수축에도 관여합니다. 우리는 근육이 수축하는 동안에 액틴 미세섬유가 어떻게 미오신 단백질과 상호작용하는가를 알아보게 될 것입니다.
중간섬유
중간섬유는 3개의 세포골격 성분 중 가장 잘 알려져 있지 않은 것으로서 대부분의 신경세포, 뇌 및 척추세포, 근육섬유와 혈구 등 인간의 다양한 상피(표충벽) 세포에서 나타납니다. 상피조직 세포의 중간섬유는 케라틴 단백질(머리카락과 손톱에서 발견되는)로 구성되며, 이 단백질은 중요한 표층벽 세포를 강하게 합니다. 미세섬모를 지지하는 망상조직의 일부로 케라틴의 중간섬유를 볼 수 있습니다.
미세소관
세포골격의 요소에서 가장 큰 미세소관은 속이 비어 있고 나뭇가지 같으며, 공 모양의 단백질인 튜불린(tubulin) 분자들로 구성되어 있습니다. 각 튜불린 분자는 사실 하나의 이합체(diner)이며 2개의 공 모양 폴리펩티드로 구성됩니다. 미세소관이 형성될 때 이러한 이중체들은 나선형의 배열로 결합됩니다. 세포들은 필요할 때에는 미세소관을 신속히 조립하고 또 빨리 해체하기도 하는데, 나중에 사용하기 위해 튜불린 단위를 보존합니다.
미세소관도 다른 세포골격 요소처럼 매우 다양한 역할을 합니다. 세포골격에서의 순수한 지지역할 외에도, 미세소관은 중심립(centriole), 기저체(basal body), 섬모(cilium), 편모를 형성합니다. 이러한 구조들은 운동과 세포 구성에 직간접적으로 관여합니다. 그러나 미세소관의 역할은 분열중인 세포에서 가장 확실히 볼 수 있습니다. 분열중인 세포에서 많은 미세소관은 세포를 가로지르면서 방추체의 형태를 취하고 있습니다. 그 중 약간은 염색체에 붙어서 2개의 딸세포로 복제된 DNA를 적절히 분리하고 운반하는 데 기여함으로써 세포분열에서 필수적인 역할을 수행합니다. 미세소관은 또한 세포내의 수송, 즉 물질의 이동에 관여합니다. 가는 막대 모양의 이들 미세소관은, 만약 조절되지 않는다면 여러 가지 유형의 세포 모양에 영향을 미칩니다. 때문에 세포에서 미세소관이 화학적으로 파괴되면 세포는 등글게 변하며 정상적인 형태를 상실합니다.
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