과학자 로버트 훅이 발견한 세포란?

아주 작은 세포를 발견한 과학자 로버트 훅은 어떻게 세포를 발견하게 되었을까요? 알아보겠습니다.

 

 

 

 

세포는 아주 작습니다.

세포는 아주 작아서 맨눈으로는 안 보입니다. 물론 세포 중에는 알처럼 큰 것도 있지만, 보통 세포는 눈으로 보이지 않습니다. 식물의 잎을 봐도 세포는 안 보입니다. 사람의 눈은 약 0.2mm(=200㎛) 정도를 볼 수 있습니다. 즉 0.2mm보다 작은 거리에 두 점이 있다면 그것을 한 점으로 본다는 것입니다. 세포의 크기는 보통 20㎛(1㎛=1/1,000cm) 정도입니다. 그러니 우리 눈으로는 세포와 세포가 구분되어 보이지 않습니다. 그러니 우리 눈으로는 세포와 세포가 구분되어 보이지 않는 것입니다.

 

만일 우리 눈이 20㎛ 정도를 볼 수 있다면 어땠을까요? 얼굴이나 손에 있는 세포가 하나하나 보일 것입니다. 세포뿐 아니라 세균도 보일 것입니다. 친구의 얼굴에 세포가 보이고 얼굴에 묻어있는 세균이 보인다면 어떨까요? 그렇게 된다면 예쁜 얼굴이라도 예쁘게 보이지 않을 것 같습니다. 

 

 

그렇다면 왜 세포가 작을까요?

부피가 커지는 것보다 표면적이 커지는 비율이 더 낮다는 것을 알 수 있습니다. 부피가 커질수록 상대적으로 표면적이 좁아집니다. 그러므로 세포가 큰 경우에 비해 작은 경우가 상대적으로 표면적이 더 넓어지는 것입니다. 
그렇다면 표면적이 넓어지면 어떤 점에서 유리할까요? 세포는 밖으로부터 계속 영양소와 산소를 공급 받아야 살 수 있습니다. 그리고 영양소와 산소는 세포막을 통과하여 들어가게 됩니다. 그래서 세포막이 넓을수록 영양소나 산소가 쉽게, 더 많이 세포 안으로 들어올 수 있는 것입니다. 그리고 세포 중심까지도 거리가 짧아 산소와 영양소가 전달되기에 유리한 것입니다. 그렇다고 마냥 세포가 작아지면 어떤 문제가 생길까요? 세포 안에 핵을 비롯하여 여러 가지 세포의 기관을 담기 어려울 것입니다. 그래서 세포의 크기는 가능한 줄이지만 세포의 여러 기관을 담고 있을 정도로만 작아지는 것입니다. 

 

로버트 훅은 세포가 작아 질 때 유리한 점과 불리한 점에 대해 이렇게 이야기하고 있습니다.

 

세포가 작아 질 때 유리한 점

- 표면적이 넓어져서 보다 많은 영양소나 산소가 들어가기 좋다.

- 다양한 기능을 가진 세포들이 생겨날 수 있다.

- 세포 중 일부가 손상되더라도 전체적으로는 안전하다.

- 각 세포 내에서 정보를 전달해야 할 거리가 가까워져서 효율적이다.

- 여러 모양의 기관을 만들기 좋다.

 

세포가 작아 질 때 불리한 점

- 세포 분열에 너무 많은 에너지와 영양소를 소비한다.

- 세포마다 필요한 세포막이나 DNA를 만드는 데 자료가 많이 들어간다.

- 세포 간 연락 수단이 필요하고, 세포 간에 서로 연락이 잘 안 될 수 있다.

- 세포가 분열하는 과정에서 돌연변이가 생길 확률이 높다.

- 여러 가지 세포 기관을 모두 담기에 불리하다.

- 영양소 저장에 불리하다.

 

세포가 작은 것이 유리한 점만 있는 것이 아니라 불리한 점도 있습니다. 그러나 세포의 몸집에 비해 표면적이 넓어야 세포가 죽지 않고 살아갈 수 있기 때문에 세포가 작은 것이라고 볼 수 있습니다. 세포 중에서도 특히 작은 세포의 예를 하나 들어보자면 우리 몸에서 산소를 운반하는 세포는 적혈구입니다.

혈액 속에 들어 있는 적혈구. 이것 때문에 피가 붉게 보입니다. 적혈구가 붉게 보이는 것은 붉은 색소인 헤모글로빈이 들어 있기 때문입니다. 적혈구의 지름은 7.5㎛이고 두께는 2㎛정도입니다. 보통 세포가 20㎛정도인 것을 생각하면 적혈구는 보통 세포 지름의 1/3 정도가 되는 셈입니다. 그리고 납작한 모양으로 생겼으니 보통의 세포 체적 1/15도 안 된다고 볼 수 있습니다. 이렇게 작은 적혈구이기 때문에 몸집에 비해 표면적이 넓어져서 산소가 드나들기에 편리한 것입니다. 또한 도넛처럼 굴곡이 있어 표면적은 더 넓답니다. 적혈구는 크기가 작은 대신 많은 숫자가 피 속에 들어 있답니다. 1㎣ 속에 500만 개가 들어 있고, 그래서 보통 어른 남자는 3X10(13 제곱) 개 정도의 적혈구를 갖습니다.

 

 

세포의 세 가지 구조

우리 몸의 세포가 여러가지 있습니다. 그러나 이러한 세포들도 자세히 보면 모두 핵, 세포질, 세포막의 세 부분으로 되어 있습니다.

 

신경과 근육도 세포막과 핵이 있습니다. 세포모양이 좀 특이한 신경 세포와 근육 세포를 예로 들어 설명하자면 먼저 신경 세포의 구조를 보면 신경 세포는 어떤 것은 1m가 넘습니다. 조그마한 머리가 달린 긴 전깃줄과 같습니다. 핵은 별 모양의 머리에 있고 기다란 부분(축색 돌기)은 막으로 둘러싸인 긴 막대기와 같습니다. 신경 세포가 가지는 세포질은 대단히 긴 통로와 같으며, 세포질로 둘러싸고 있는 막 또한 매우 긴 것을 알 수 있습니다. 

이번에는 팔다리에 있는 근육 세포를 예를 들면 팔다리를 이루는 근육 세포를 근섬유라고 부르기도 하는데, 이는 근육 세포가 실 모양을 하고 있기 때문입니다. 안에는 핵이 여러 개 보입니다. 팔다리의 근육을 이루는 세포는 여러 개가 합해져서 이뤄지기 때문에 여러 개의 핵이 있고, 세포질에 수축과 이완을 하는 단백질이 있습니다. 그리고 외부는 세포막으로 둘러싸여 있습니다.

이렇듯 세포는 공통적으로 핵, 세포질, 세포막의 세 부분으로 되어 있다는 것을 알 수 있습니다.

 

 

세포의 노화에 대해

사람은 나이를 먹으면서 늙어 갑니다. 사람은 오래 살더라도 120세 정도인데 앞으로 더 수명 기간은 늘어날 것으로 예상해봅니다. 중국의 진시황제는 불로초, 그러니까 늙지 않게 하는 풀을 구해 오라고 신하들을 각지에 보냈다고 합니다. 하지만 알다시피 진시황제가 불로초를 구하지 못했습니다. 

 

 

몸이 늙는 것은 곧 세포가 늙는 것이다.

몸이 늙어 가는 것을 '노화'라고 하는데, 노화의 원인은 아직 정확히는 모릅니다. 우리의 몸이 세포로 구성되어 있는 점을 생각하면 노화란 결국 세포가 늙어 가는 것이라고 할 수도 있습니다.

세포는 왜 늙어 가는 것일까요? 노화를 막을 수는 없을까요? 인간은 죽지 않고 살 수 있을 텐데 노화를 막을 방법은 없는 걸까요? 요즘에는 옛날보다 평균 수명이 많이 길어졌습니다. 하지만 이것은 노화를 더디게 했기 때문에 그런 것은 아닙니다. 위생상태가 좋고 전염병에 걸려 죽은 경우가 감소하여 평균 수명이 늘어났을 뿐이랍니다. 노화의 원인으로 널리 알려진 이론을 소개하겠습니다.

 

노화의 원인에 대한 과학자들의 생각은 크게 두 가지 방향이 있습니다. 하나는 세포가 손상되어서 노화가 일어난다는 손상설이고, 또 한 가지는 늙어 가도록 예정된 프로그램을 따라 노화가 일어난다는 예정설입니다.

 

손상설 : 세포가 점점 손상되어 노화된다는 주장

예정설 : 세포의 노화는 유전자에 의해 예정되어 있다는 주장

 

 

활성산소가 세포를 상하게 한다.

먼저 손상설이 무엇인지 알아보겠습니다. 손상설에서 가장 널리 받아들여지는 노화의 원인은 활성 산소에 의한 세포의 손상이랍니다. 활성 산소란 동식물의 체내 세포들의 대사 과정에서 생성되는 모든 산소 화합물을 가리키는 말로 산화력이 아주 높습니다. 

세포에 산소가 있어야 에너지가 나옵니다. 우리 몸에서 에너지를 내기 위해 주로 이용되는 영양소는 주로 포도당입니다.

 

포도당 + 산소 => 이산화탄소 + 물 + 에너지

 

이렇게 에너지를 내는 데 이용되는 산소는 우리 몸에서 없어서는 안 될 귀중한 물질입니다. 그러나 산소가 우리 몸에 들어와서 물을 생성하지 못하고 세포에 손상을 입히는 산소 화합물을 만드는 경우가 있는데, 이를 활성 산소라고 한답니다. 활성 산소는 세포 호흡에 이용되는 산소에 의해 생기기도 하지만, 환경오염, 화학 물질, 자외선, 혈액 순환 장애, 스트레스 등에 의해서도 활성 산소가 증가됩니다.

 

활성 산소는 대단히 산화력이 강하여 세포를 '녹슬게' 하는 작용을 합니다. 여기서 세포가 녹슨다고 표현한 것은 실제 녹스는 것이 아니라, 마치 철이 산소에 의해 산화되어 녹스는 것처럼 세포도 활성 산소를 만나면 산화된다는 것을 뜻하는 것입니다. 산화가 무엇인지 잘 이해가 안 된다면 산화란 '세포가 녹스는 것이구나.' '세포가 산소와 반응하여 상하는 것이구나.' 이런 식으로 이해해도 좋습니다. 아무튼 세포가 활성 산소에 의해 녹스는 것이 바로 노화의 원인이라는 주장이 널리 받아들여지고 있습니다. 

하지만 어떤 면에서는 활성 산소는 유익하기도 합니다. 세균이나 이물질로부터 몸을 지켜 주기도 합니다. 상처가 날 때 바르는, 바르면 하얀 거품이 일어나는 과산화수소라고 있습니다. 바로 이 과산화수소도 활성 산소의 일종입니다. 과산화수소가 소독약으로 이용되는 것은 과산화수소가 세균을 산화시켜 죽일 수 있을 정도의 산화력이 있다는 것을 의미합니다. 그러므로 과산화수소가 우리 몸에 들어온 세균을 방어하는 데 도움이 된다는 생각을 할 수 있습니다.

 

실제로 활성 산소는 우리 몸을 방어하는 데 요긴하게 이용됩니다. 하지만 어떤 이유로 활성 산소가 지나치게 많이 생길 경우 DNA를 파괴하고, 세포막을 공격하며, 비정상적인 세포 단백질을 생성합니다. 지난번에 산소가 세포 안에 있는 미토콘드리아에서 작용합니다. 이러한 까닭에 미토콘드리아는 활성 산소의 공격을 많이 받습니다. 에너지를 만드는 미토콘드리아가 점점 기능이 나빠져서 세포에 에너지를 제대로 공급하지 못한다면 세포의 모든 기능이 점점 나빠질 것입니다. 그리고 활성 산소는 DNA를 공격하기도 합니다.

 

세포의 산화를 막는 식품은 어떤 것이 있을까요? 항산화 효과가 있다고 알려진 것들은 키위, 양배추, 아몬드, 해바라기 씨, 당근, 토마토, 미역 등입니다. 녹차도 항산화 효과가 있다고 합니다.