생명과학 ② 1-1. 세포의 구조와 특징 (세포 연구 방법)

▎생명과학 ② 1-1. 세포의 구조와 특징 (세포 연구 방법)

 

 

1. 세포의 구조와 특징

 

◈ 세포의 연구방법

세포에 대한 연구는 현미경의 발달과 더불어 발전해 왔다. 특히, 세포분획법, 조직배양법, 자기 방사법 등이 개발되어 발달하면서 세포의 미세구조와 기능들이 밝혀지게 되었다.

 

1) 전자 현미경의 이용

① 광학 현미경에서 이용하는 가시광선보다 짧은 파장의 전자선을 이용한다.

② 해상력이 광학 현미경보다 약 1,000배나 더 크기 때문에 광학 현미경으로 볼 수 없었던 세포의 미세 구조의 단면을 관찰하는 데 주로 이용된다.

③ 종류

ⓐ 투과 전자 현미경 : 표본을 얇게 자른 후 전자선을 굴절시켜 형광판 스크린에 상을 맺게 하여 관찰한다. 세포나 조직 미세 구조의 단면을 관찰하는 데 주로 이용된다.

ⓑ 주사 전자 현미경 : 표본을 자르지 않고 표면에 전자선을 쬐어 반사시킨 상을 얻기 때문에 4차원적인 입체 상태로 관찰하는 데 주로 이용된다.

 

 

2) 세포분획법 (원심 분획법)

세포기관 등과 같은 세포 안의 구성 요소에 대한 기능과 화학 조성을 조사하기 위해서 만들어졌다. 호모지나이저(균질기)를 사용하여 동식물의 조직을 짓이겨 세포를 파괴하여 얻어지는 현탁액을 호모제네이트라고 한다. 이 호모제네이트 속에서 각 세포 안의 구성요소를 크기, 밀도, 모양 등에 따라 분획한다.

 

① 원심분획법 : 크기에 따라 세포를 분획하는 방법이다. 원심분획법이란 호모제네이트에 원심력의 세기를 점차 변화시키면서 가하여 큰 세포기관부터 분획하는 것이다. 원심력의 세기가 커질수록 미토콘드리아, 마이크로솜, 리보솜, 리보솜보다 작은 원형질의 과립 성분의 순으로 침전된다.

 

② 밀도 기울기 원심법 : 원심분해법 보다 좀 더 정밀하게 분획하기 위해서는 밀도의 차이를 이용하는 밀도기울기원심법을 사용한다. 이 방법은 크기가 일정하지 않은 세포기관을 정밀하게 분리하고자 할 때 쓰인다. 세포의 핵은 다른 세포기관에 비해 비중이 매우 크므로 농도가 높은 설탕용액 속에서도 침전하는 성질을 이용하여 분획한다.

 

③ 벨기에의 생화학자 C.R.드뒤브, 미국의 세포생물학자 A.클로드와 G.E.펄레이드 등은 각각 분획의 결과를 가지고 세포 안의 어떤 구성 요소인지를 밝혀냄으로써 세포분획법을 확립시켰다. 그리하여 년 노벨생리 의학상을 받았다. 세포분획법은 년 미토콘드리아가 분리되면서 발전되기 시작하였다. 이로써 세포의 기능을 중점적으로 연구하는 세포생물학이 널리 퍼지게 되었다.

 

 

세포 분획법

 

식물의 잎을 균질기로 분쇄한 후 세포벽을 제거하고, 원심 분리하여 침전액 P1. P2, P3 를 얻었다. 각 침전액에 대하여 산소 및 이산화탄소의 소비량과 DNA함량을 조사하였더니 다음 표와 같았다.

① 침전액 P1에서 함량이 가장 많은 것으로 보아, 침전액 P2에는 핵이 가장 많이 들어 있음을 알 수 있다.

② 침전액 P2에서 이산화탄소 소비량이 가장 많은 것으로 보아, 광합성이 일어나는 세포 소기관이 침전액 P2에 가장 많이 들어 있음을 알 수 있다.

③ 침전액 P3에서 산소 소비량이 가장 많은 것으로 보아, 침전액 P3에는 산소 호흡을 하는세포 소기관이 가장 많이 들어 있음을 알 수 있다.

* 결론 : P1에는 핵이,P2 에는 엽록체가, P3에는 미토콘드리아가 가장 많이 들어 있다.

 

 

 

3) 조직 배양법

① 생물체나 세포의 조직을 떼어 내어 무균의 인공 배지에서 배양하는 방법이다.

② 한 개의 세포를 증식시켜 유전적으로 동일한 세포집단을 대량으로 얻을 수 있다.

③ 세포를 살아 있는 상태로 오랜 시간 동안 보존하면서 성분이나 성질 등을 쉽게 알아 낼 수 있다.

 

 

4) 염색법과 고정법

① 염색법 : 생물체의 세포를 염색하여 염색된 소기관을 다른 부분과 구분하여 관찰할 수 있게 하는 방법이다.

  ⓐ 식물세포 : 아세트산카민 용액으로 염색하면 핵과 염색체가 붉은색으로 관찰된다.

  ⓑ 동물세포 : 메틸렌블루 용액으로 염색하면 핵과 세포질이 청색으로 관찰된다.

  ⓒ 미토콘드리아 : 야누스그린B 용액으로 염색하면 녹색으로 관찰된다.

② 고정법 : 세포의 상태가 변질되지 않도록 유지해 주어 살아 있을 때와 같은 상태로 관찰할 수 있는 방법이다.

 

5) 자기방사법

① 생물체에 방사성 동위원소 (, , )가 포한된 화합물을 주입한 후 시간 경과에 따라 방사성 동위 원소에서 방출되는 방사선을 추적한다.

② 물질의 이동 경로와 전환 과정을 알 수 있어 세포의 구조와 기능을 밝히는 데 유용하게 이용된다.

 

‣ 방사성 동위원소 : 자연적으로 붕괴하여 안정 상태에 이르렀을 때 방사선을 방출하는 원소.

 

 

 

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