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1. 뉴런(신경세포)
뉴런 또는 신경세포는 신경계를 구성하는 세포이다.
신경세포는 나트륨 통로, 칼륨 통로 등의 이온 통로를 발현하여 다른 세포와는 달리 전기적인 방법으로 신호를 전달할 수 있다.
또한 인접한 다른 신경세포와는 시냅스라는 구조를 통해 (화학적) 신호를 주고받음으로써 다양한 정보를 받아들이고, 저장하는 기능을 한다.
인간의 두뇌에는 대뇌피질에만 약 100억개의 신경세포가 존재하는 것으로 추산되고 있다. 신경계에는 뉴런보다 많은 숫자의 신경 아교 세포가 존재한다.
1) 세포체
세포체는 신경세포의 중심이 되는 부분으로 세포의 핵과 세포소기관들이 있다.
크게 신경원섬유와 니슬소체를 포함한다. 신경원섬유는 세포체를 지지하는 역할을 담당한다.
니슬 소체는 과립 형태의 RNA로 단백질을 만들고 세포체에 영양을 공급하며 외부 물질에 대한 식세포 작용을 수행한다. 세포체는 뉴런의 중심부로서 원형에 가깝다.
전형적인 뉴런 몸체의 직격은 약 20㎛이다. 세포 안의 수용액인 세포액은 뉴런 세포막으로 외부와 격리된 K+가 풍부한 용액이다. 세포체에는 막으로 둘러싸인 여러 소기관이 있다.
뉴런의 몸체는 다른 동물세포와 동일하게 소기관들을 포함하고 있다.
(1) 핵
라틴어 'nut'에서 유래했으며, 핵은 구형이고, 중심부에 위치하며, 직경이 5 ~ 10Um 정도이다. 이중 막인 핵막에 둘러싸여 있다. 핵막에는 직경이 약 0.1㎛인 핵공들이 존재한다.
핵 안에 염색체가 존재하며, 이는 유전물질인 DNA(deoxyribonucleic acid)를 포함하고 있다
DNA는 부모로부터 유전되었으며, 내 몸 전체에 대한 청사진을 가지고 있다. 한 사람의 뉴런들의 DNA는 동일할 뿐만 아니라 간과 신장 그리고 다른 기관들에서도 동일하다.
뉴런과 간세포의 다른 점은 세포에서 발현되는 DNA의 특정 부위이다. 이러한 DNA 조각을 유전자(Gene)라고 한다. 염색체는 끊기지 않은 2nm 두께의 DNA 이중나선 구조이다.
46개의 사람 염색체를 펼치면 길이가 2m에 이른다. DNA의 길이를 이 책에 쓰인 글자 총길이에 비유한다면 유전자는 각 단어에 해당한다고 할 수 있다. 유전자는 약 0.1에서 um 길이에 이른다.
DNA는 유전자 발현(Gene expression)이라고 한다. 유전자 발현의 최종 산물은 단백질 합성이며, 단백질은 다양한 모양과 크기를 가지면서 여러 기능들을 수행하는데, 뉴런들의 독특한 특징들을 나타내게 한다.
단백질 합성(Protein synthesis)은 단백질 분자를 조립하는 과정인데 세포질에서 일어난다. DNA는 결코 핵을 떠나지 않기 때문에 필연적으로 유전 정보를 세포질의 단백질 합성 장소까지 전달하는 매개체가 존재한다.
이 기능은 또 다른 긴 분자인 메신저 리보핵산(Messenger ribonucleic acid: mRNA)이 맡는다.
mRNA는 4개의 핵산이 다양한 조합으로 사슬처럼 이어진 구조이다. 마치 글씨의 조합이 문장을 만들 듯이 사슬의 핵산 서열이 유전자의 정보를 나타낸다.
전사(transcription)은 유전자 정보를 가진 mRNA를 합성하는 과정을 말한다.
합성된 mRNA를 전사체(transcript)라고 한다. 단백질을 만드는 유전자 사이에 단백질을 만들지 않는 긴 DNA가 끼워져 있는데, 이들의 기능을 잘 알려 있지 않다. 이들 중 일부는 전사 과정을 조절하는 중요한 작용을 한다.
유전자의 한쪽 끝에 프로모터(promoter)가 있는데 여기에 RNA 합성효소인 RNA 중합효소(RNA polymerase)가 결합하여 전사를 시작한다. 중합효소와 프로모터의 결합은 전사인자(transcription factor)에 의해 정교하게 조절한다. DNA의 다른 쪽에는 종결체(terminator)또는 종결서열(stop sequence)이라는 서열이 있는데 이를 RNA 중합효소가 전사 종결지점으로 인식한다.
유전자를 끼고 있는 비합성부위(non-coding region) 외에 유전자 자체 내에도 단백질로 합성되지 않는 DNA 서열이 있다. 이렇게 산재되어 있는 부위를 인트론(intron)이라고 하고, 합성 부위는 엑손(exon)이라고 한다.
초기의 전사체는 인트론 엑손 모두를 가지고 있으나, RNA 잘라잇기(RNA splicing)에 의해 인트인 제거되고 남아 있는 엑손끼리 연결된다. 어떤 경우에는 특정 엑손이 인트론과 함께 제거되기도 하는데 이 결과 다른 종합으로 스플라이싱된 mRNA가 만들어지며 결국 원래와 다른 단백질이 합성된다. 따라서 하나의 유전자로부터 여러 개의 mRNA와 단백질이 만들어질 수 있다.
mRNA는 핵공을 통하여 핵막을 빠져나온 후 단백질 합성장소로 이동한다. 여기에서 작은 분자를 조합하여 단백질을 조립한다.
단백질의 경우, 기본 단위는 아미노산이며 20종류가 있다. mRNA 정보에 따라 아미노산(amino acids)을 단백질로 조립하는 과정이 번역(translation)이다. 핵 안의 DNA에서 시작되어 세포질에서 단백질 합성에 이르는 과정을 분자 수준에서 연구하는 분야가 분자생물학이다.
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