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세포학

[ 세포의 기원과 진화 ] [ 세포주기 ] [ 유전정보의 표현 ] [ 세포의 구조와 기능 ]

　

  • 개요

    1. 모든 생물은 바이러스를 제외하고 기본적으로 세포로 이루어져 있다.

      • 세포는 유전물질을 담고 있는 핵과 각종 단백질을 지니고 생명현상을 일으키는 세포질로 구성된다.

      • 생물의 유전물질은 핵 안에 들어있는 디옥시리보핵산(DNA)라고 하는 물질이며 이 핵산은 네 종의 염기(아데닌, 구아닌, 티민, 시토신)로 이루어져 있다.

      • 이 염기의 서열이 유전정보를 구성하며 생명의 근원인 단백질의 합성과 조절을 규정한다.

      • DNA는 핵 속의 염색체(chromosome)속에 들어 있는데 사람을 포함한 동물의 염색체는 두 쌍으로 되어 있다.

      • 하나는 어머니, 다른 하나는 아버지로부터 얻은 것이다.

      • 사람 세포의 염색체는 성세포(정자, 난자)를 제외하고는 23쌍, 모두 46개이다.

      • 이 전체 유전정보를 게놈(genom)이라고 부른다.

      • 성세포가 만들어질 때는 23쌍의 염색체 중 한 짝씩만 들어가(감수분열) 수정을 통해 새로운 배우자를 만나면서 다시 23쌍의 완전한 짝을 갖추게 된다.

    2. 세포 및 세포 연구에 관한 개요

      1. 세포의 기원과 진화

        1. 개요

        2. 최초의 세포

        3. 대사과정의 진화

        4. 현생 원핵생물

        5. 진핵세포 

        6. 다세포생물의 발달

      2. 실험 모델로서의 세포

        1. 대장균

          • 대장균과 같은 세균은 유전학적으로 단순하고 연구하기 용이하여 생화학과 분자생물학의 기본적인 면을 연구하는데 매우 유용하다.

        2. 효모

          • 효모는 가장 간단한 진핵세포로서 진핵세포 생물학을 연구하는데 중요한 모델이다.

        3. Dictyostelium discoideum

          • 단세포 진핵생물인 Dictyostelium은 세포의 이동을 연구하는데 많이 이용된다.

        4. Caenorhabditis elegans

          • 선충(nematode)인 C.elegans는 간단한 다세포 생물로서 developmental biology연구에 중요한 모델이다.

        5. Drosophila melanogaster

          • 과일파리인 Drosophila는 철저한 유전학적 연구로 인해 동물의 발달을 이해하는데 중요한 기여를 하였다.

        6. Arabidopsis thaliana

          • 작은 꽃이 있는 식물 Arabidopsis는 식물 분자생물학과 발달의 연구 모델로 많이 사용된다.

        7. 포유동물

          • 많은 종류의 척추동물 세포를 배양할 수 있으며 적절한 실험실 조건을 이용하여 연구를 할 수 있다.

          • 신경세포와 같이 특화된 세포들은 세포 생물학의 특정 양상을 연구하는 유용한 모델을 제공한다.

          • 개구리 Xenopus laevis는 초기 척추동물의 발달과정을 연구하고 생쥐는 유전자 분석에 적합한 포유동물이다.

      3. 세포 생물학의 도구

        • 광학현미경

          • 세포와 그 하부 구조를 보기 위해서, 그리고 특정 분자의 세포내 위치를 확인하기 위해서 광학현미경을 사용하는 다양한 방법들이 있다.

        • 전자현미경

          • 전자현미경은 광학현미경 해상도의 약  100배 이상이며 세포 구조를 세밀히 분석하는데 사용된다.

        • Subcellular Fractionation

          • 진핵세포의 소기관들은 생화학적 분석을 위해 분획원침(differential certrifugation)으로 분리할 수 있다.

        • 배양을 통한 동물세포 증식

          • 배양을 통한 동물세포의 증식은 세포의 성장과 분화를 조절하는 기전의 연구를 가능하게 하였다.

        • 식물세포 배양

          • 배양된 식물세포는 특정 세포를 형성할 수 있게 분화하여 어떤 경우에는 그 식물 전체를 재생할 수 있다.

        • 바이러스

          • 바이러스는 세포 기능 연구의 간단한 모델을 제공한다.

    3. 세포의 화학적 구조

      1. 세포의 분자적 구성

        1. 탄수화물

          • 탄수화물은 간단한 당과 다당류를 포함한다.

          • 다당은 당의 저장형태, 세포의 구조적인 구성요소, 세포의 인지과정에 대한 마커(marker)로서의 기능을 수행한다.

        2. 지질

          • 지질은 세포막의 근본적인 구성요소이다.

          • 에너지 저장과 신호에 관련된 물질로서 작용한다.

          • 인지질은 머리부분을 가지고 있는 친수성 인과 연결된 두 개의 소수성 지방산으로 구성되어 있다.

        3. 핵산

          • 핵산은 세포의 근본적인 정보물질이다.

          • DNA와 RNA 모두 퓨린(purine)과 피리미딘(pyrimidine) 누클레오티드(nucleotide)의 중합체이다.

          • 상호보완적인 염기쌍 사이의 수소결합은 핵산들을 스스로 복제할 수 있도록 방향을 잡아준다.

        4. 단백질

          • 단백질은 20가지의 서로 다른 아미노산의 중합체이다.

          • 각각의 아미노산은 특별한 화학적 성질을 가진 독특한 잔기를 가지고 있다.

          • 그 아미노산 서열은 그 단백질의 삼차원적인 구조를 결정한다.

          • 대부분의 단백질에서, 알파-헬릭스와 베타-시트들의 조합은 안쪽에 소수성 아미노산, 외부에 친수성 아미노산을 가진 구형 모양으로 접는다.

      2. 생체촉매로서의 효소

        1. 효소의 촉진 활동

          • 가상적으로 세포내의 모든 화학적인 반응은 효소에 의해 촉매된다.

        2. 효소 촉매의 기작

          • 효소는 적합한 위치에서 기질과 결합하고, 기질의 구조를 변화시켜서 전이상태로 접근시키고, 화학반응에 직접적으로 참여함으로써 반응율을 증가시킨다.

        3. 보조효소

          • 보조 효소는 효소와 결합해서 기질들 간에 화학 그룹을 옮기는 역할을 한다.

          • 상호보완적인 염기쌍 사이의 수소결합은 핵산들을 스스로 복제할 수 있도록 방향을 잡아준다.

        4. 효소 활동의 조절

          • 효소의 활동은 세포의 생리학적인 필요요구를 충족시키도록 조절된다.

          • 효소활동은 작은 분자의 결합에 의해, 다른 단백질과의 상호작용에 의해 공유결합적 수정에 의해 조절된다.

      3. 대사에너지

        1. 자유에너지와 ATP

          • ATP는 자유 에너지의 저장으로서의 역할을 하며, 그 자유 에너지는 세포내의 에너지를 필요로 하는 반응에 쓰여진다.

        2. 포도당을 이용한 ATP 생성

          • 포도당의 분해가 세포에너지의 주요한 원천이다.

          • 유산소 호흡세포에서 포도당의 완전산화는 36-38 분자의 ATP를 생산한다.

          • 이 ATP의 대부분은 O2가 H2O로 환원될 때의 전자전달 반응에서 유도된다.

        3. 기타 유기분자에서의 에너지 생산

          • ATP는 포도당 외에 유기분자의 분해로부터 생산될 수 있다.

          • 지방은 탄수화물보다 더 환원된 상태이기 때문에 지방은 효율적인 에너지 저장 형태를 제공한다.

        4. 광합성

          • 유기분자의 합성에 필요한 에너지는 궁극적으로 태양 빛에서 유도된다.

          • 이 태양빛은 식물과 그리고 광합성을 할 수 있는 다른 박테리아에 의해 거두어 들여진다.

          • 광합성의 첫 단계에서 태양빛으로부터의 에너지는 ATP와 NADH의 합성에 쓰이고 H2O를 산화해서 O2를 만드는 반응에도 연결된다.

          • 이러한 반응에서 생성된 ATP와 NADH는 CO2와 H2O로부터 포도당을 합성하는데 쓰인다.

      4. 세포 구성성분의 생합성

        1. 탄수화물

          • 포도당은 주로 ATP와 NADH의 형태로서 에너지와 환원력을 사용하여 다른 유기분자로부터 합성된다.

          • 추가적인 ATP는 간단한 당에서 다당류의 합성에 필요하다.

        2. 지질

          • 지질은 탄수화물의 분해에서 형성되는 아세틸 CoA로 부터 합성된다.

        3. 단백질

          • 아미노산은 해당작용(glycolysis)과 Citric acid cycle회로의 중간체에서 합성된다.

          • 이 아미노산들이 중합해서 단백질을 형성하는 것은 ATP와 GTP의 형태인 추가적인 에너지를 필요로 한다.

        4. 핵산

          • 퓨린과 피리미딘 뉴클레오티드는 탄수화물과 아미노산으로부터 합성된다.

          • 이들 뉴클레오티드에서 DNA와 RNA로의 중합은 활성화된 전구체로서 뉴클레오시트 트리포스페이트의 사용에 쓰인다.

      5. 세포막(Cell Membranes)

        1. 막지질

          • 모든 세포막의 기초구조는 인지질 이중층이다.

          • 동물세포의 막 역시 당지질과 콜레스테롤을 포함하고 있다

        2. 막단백질

          • 단백질은 단백질-단백질 상호작용에 의해 지질 이중층에 끼여 들어가거나 막에 간접적으로 연관된다.

          • 몇몇 단백질은 지질 이중층을 관통한다.

          • 다른 단백질들은 막의 어느 한 쪽에 고정된다

        3. 세포막 사이의 수송

          • 지질 이중층은 단지 작은 저하를 띠지 않은 분자들에게만 투과를 허용한다.

          • 이온과 대부분의 극성 분자들은 특별한 수송 단백질과 ATP의 가수분해 또는 합성과 연관된 반응에 의해 세포막을 통해 수송된다.   

        4. 세포막의 구조

    4. 분자생물학의 기초

      1. 유전, 유전자, DNA

        1. 유전자와 염색체

        2. 유전자와 효소 

        3. 유전물질로서의 DNA

        4. DNA의 구조

        5. DNA의 복제

      2. 유전정보의 발현(Expression of Genetic Information)

        1. 유전자와 단백질의 대응직선성(Colinearity of Genes and Proteins) 

        2. 전령 RNA의 역할(The Role of Messenger RNA) 

        3. 유전 부호(The Genetic Code)

        4. RNA 바이러스와 역전사(RNA Viruses and Reverse transcription)

      3. 재조합 DNA

        1. 제한효소들 

        2. 재조합DNA 분자의 생산 

        3. 재조합DNA를 위한 매개체들(Vectors)

        4. DNA 염기서열 결정 

        5. 클론된 유전자들의 발현 

        6. 중합효소사슬 반응에 의한 DNA의 증폭

      4. 핵산과 단백질의 검출

        1. 핵산 혼성화(Nucleic acid hybridization) 

        2. PCR에 의한 소량의 DNA와 RNA 검출 

        3. 단백질에 대한 탐침으로서의 항체들 

        4. 재조합 DNA Libraries를 스크리닝하기 위한 탐침들

      5. 진핵생물에서 유전자 기능

        1. 효모에서의 유전학적 분석

        2. 동물과 식물세포에 유전자 전달 

        3. 클로닝한 DNA의 돌연변이화 

        4. 세포성 유전자에 돌연변이 유발 

  • 세포의 생활(Cell Regulation)

    1. 세포의 신호전달

      1. 신호전달 물질과 그 수용체

        1. 세포-세포 간 신호전달의 양상 

        2. 스테로이드 호르몬과 스테로이드 수용체군(Superfamily) 

        3. 산화질소(Nitric oxide) 

        4. 신경전달 물질(Neurotransmitters)

        5. 펩타이드 호르몬과 성장인자 

        6. 에이코사노이드(Eicosanoids) 

        7. 식물 호르몬 

      2. 세포 표면 수용체의 기능

        1. G-단백질과 연결된 수용체들

        2. 수용체형 단백질-타이로신 키나제(Receptor Protein-Tyrosine Kinase) 

        3. 사이토카인 수용체와 비수용체형 단백질-타이로신 키나제 

        4. 다른 효소 활성과 관계된 수용체들 

      3. 세포내 신호전달 경로

        1. cAMP 경로 : 2차 전령(Second Messenger)과 단백질 인산화(Protein Phosphorylation)

        2. Cyclic GMP 

        3. 인지질(phospholipid)과 Ca2+

        4. Ras, Raf 그리고 MAP Kinase 경로 

        5. JAK／STAT 경로

      4. 신호전달 체계와 세포골격

        1. Integrins과 신호전환체계

        2. Actin 세포골격의 조절 

      5. 성장과 분화에서 신호전달

        1. Xenopus에서 중배엽의 유도

        2. 초파리의 눈 발생

        3. C. elegans에서의 음부 유도 

        6.

    2. 세포주기

      1. 진핵세포의 세포주기

        • 세포성장 및 세포외부 신호에 의한 세포주기의 조절 

        • 세포주기의 검사점 

        • 합성기에서 유사분열기로 연결(Coupling) 

      2. 세포주기 진행의 조절인자

        • MDF : Cdc2와 사이클린(Cyclin)의 이분자체(Dimer) 

        • 사이클린과 사이클린-의존 키나제(Cyclin-Dependent Kinase) 

        • 성장인자와 D형 사이클린 

        • 세포주기 진행의 억제인자 

      3. 유사분열기의 일련의 과정

        • 유사분열의 단계(Stages of Mitosis)

        • MPF와 중기(Meataphase)로의 진행 

        • 단백질분해 및 MPF의 비활성화 : 후기(Anaphase) 및 종기(Telophase) 

        • 세포질분열

      4. 감수분열과 수정

        • 감수분열의 과정(The Process of Meiosis)

        • 난자의 감수분열의 조절(Regulation of Oocyte Meiosis) 

        • 수정(Fertilization) 

      5. 발생, 분화 및 예정세포사

        • 성숙한 동물에서 일어나는 세포의 증식 

        • 예정세포사(Programmed Cell Death)

        6.

    3. 암

      1. 암의 발생과 원인

        • 암의 종류(Types of Cancer)

        • 암 발생(The Development of Cancer)

        • 암의 원인(Causes of Cancer)

        • 암세포의 성질(Properties of Cancer Cells) 

        • 세포의 형질전환(Transformation of Cells in Culture)

      2. 종양 바이러스

        1. B형 간염 바이러스(Hepatitis B Virus)

        2. SV40와 폴리오마바이러스(Polyomavirus)

        3. 유두종 바이러스(Papillomavirus)

        4. 아데노바이러스(Adenoviruses)

        5. 헤르페스바이러스(Herpesviruses)

        6. 레트로바이러스(Retroviruses)

      3. 암유전자(Oncogenes)

        1. 레트로바이러스의 발암 유전자(Retroviral Oncogene)

        2. 잠재적 발암유전자(Proto-Oncogene)

        3. 사람 암에서의 발암유전자들

        4. 발암유전자 산물의 기능

      4. 암억제 유전자(Tumor Suppressor Genes)

        1. 암억제 유전자의 발견

        2. 암억제 유전자 산물의 기능

        3. 종양 발생에서 암유전자와 암억제 유전자의 역할

      5. 암예방과 치료에 대한 분자생물학적 응용

        1. 예방과 조기 발견

        2. 분자생물학적 진단

        3. 치료

  • 기타 관련사이트 및 문헌

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