미생물 공부하기 - 진핵세포

진핵세포의 역사

고생물학적 증거에 의하면 지금으로부터 약 20억년 전에 최초의 진핵세포(eukaryotic cell)가 지구상에 출현했다고 합니다. 당시의 세포가 현대의 조류(algae) 및 원생동물의 형태와 매우 유사하다는 점에서, 진핵세포들은 원핵세포로부터 세포내 공생(symbiosis)이라는 과정에 의해 탄생된 것이라고 유추할 수 있습니다. 또한 진핵세포에서 중요한 역할을 하는 일부 세포소기관(organelle)은 원핵세포가 다른 세포에 포획되어 형성되는 것이라고 추측할 수 있습니다.

 

최초의 진핵세포는 독립적으로 생활하는 단세포생물에서 시간이 지남에 따라 일부는 콜로니(colony)라 불리는 영구적인 세포집단을 형성합니다. 나중에는 콜로니에 진화를 통한 기능의 분화가 일어나 세포의 운동, 먹이획득, 생식 등 콜로니 전체에 있어서 이익이 되는 특별한 기능을 담당하는 효율적인 구조를 갖게 되었을 거라고 합니다. 이렇게 복잡한 구조의 다세포생물이 출현한 결과로, 이를 구성하던 각각의 세포는 독립적으로 생활할 수 있는 능력을 상실하게 되었습니다. 

 

진핵세포의 외부구조

진핵세포는 진균류, 조류, 동물 세포 등 그 종류에 따라 구조가 매우 다양합니다. 진핵세포는 세포소기관의 존재로 원핵세포에 비해 훨씬 더 복잡한 칸막이 모양의 구조를 형성합니다.

진핵세포는 일반적으로 세포막, 핵, 미토콘드리아, 소포체, 골지체, 액포, 세포골격, 당질피질 등의 구조를 갖고 있습니다. 세포벽, 운동기관, 엽록체 등은 종류에 따라 갖고 있기도 하고 없는 경우도 있습니다.

 

진핵세포의 외부구조 - 섬모와 편모

진핵세포의 편모(flagella)는 원핵세포의 편모와 이름은 같으나 화학적인 구성 등에 차이가 있습니다. 진핵세포의 편모가 약 10배 정도 더 두꺼우며 구조적으로 복잡하고 늘어막 세포막으로 둘러싸여 있습니다. 편모는 물고기의 지느러미와 같이 운동성을 담당하는 기관입니다. 또한 편모의 위치와 수는 편모를 갖고 있는 원생동물과 조류의 분류에 중요한 자료로 이용됩니다.

섬모(cilia)의 구조는 편모와 유사하지만 길이가 더 짧고 하나의 세포가 가지는 수가 훨씬 많아, 일부 세포는 수천 개의 섬모를 갖고 있는 경우도 있습니다. 섬모 역시 운동성을 담당하는 기관으로, 세포 표면에 줄을 지어 배열되어 앞뒤로 움직이면서 노를 젓듯이 운동하여 세포를 이동시킵니다. 일부 세포에서는 섬모가 먹이 획득과 여과작용에 참여하기도 합니다.

 

진핵세포의 외부구조 - 당질피질

대부분의 진핵세포는 세포 외부의 경계구조로 당질피질(glycocalyx)을 갖고 있습니다. 당질피질은 주로 다당체로 구성되어 있고, 세포의 종류에 따라 섬유상의 망상구조, 점액층 또는 원핵세포의 협막(capsule)과 같은 형태로 존재합니다. 세포의 최외곽을 구성하는 당질피질은 물체의 표면에 부착하여 생물막(biofilm)을 형성하거나 중요한 수용체로 작용하여 정보전달에 관여하는 등 여러 가지 기능을 합니다.

 

진핵세포의 외부구조 - 세포벽과 세포막

진핵세포 중 진균류와 조류는 세포벽을 가지는데, 그 화학적인 조성은 원핵세포의 세포벽과 많은 차이가 있습니다. 

진균류의 세포벽은 두꺼운 낸층과 얇은 외층으로 구성되어, 내층은 키틴(chitin) 또는 섬유소 등의 다당류  섬유로 구성되어 있고, 외층은 여러 종류의 다당체가 혼합되어 있습니다.

조류의 세포벽은 화학적 구성이 매우 다양한데, 종류에 따라 섬유소로 구성되어 있기도 하고, 팩틴, 만난 등의 유기물뿐 아니라 이산화규소, 탄산칼슘 등의 무기물로 구성되어 있는 세포벽을 가지기도 합니다.

 

진핵세포의 세포막은 인지질(phospholipid)에 단백질이 부착되어 있는 구조를 가집니다. 인지질과 함께 여러 종류의 스테롤(sterol)을 막의 지질성분으로 가집니다. 인지질보다 구조적으로 안정적이고 견고한 스테롤은 세포벽이 없는 진핵세포의 구조적 안정성에 매우 중요한 역할을 합니다.