국내도서상세

드디어 만나는 해부학 수업

 

 

세포: 몸을 이루는 가장 작은 단위

 

세포의 화학│우리는 모두 원자다

 

하늘에 떠 있는 가장 큰 별에서 바닷가에 있는 가장 작은 모래에 이르기까지, 우주는 온통 물질로 이루어져 있습니다. 더 정확히 말해, 공간을 차지하고 질량이 있는 것은 모두 물질로 이루어져 있지요. 작은 모래 알갱이는 전혀 공간을 차지하지 않고 질량도 없는 것처럼 보입니다. 하지만 이 알갱이가 신발에 들어간다면? 모래 알갱이가 물리적 실체라는 사실을 실감할 테지요.

 

 

물질의 구성 요소인 원자들 사이의 상호작용 덕분에 인체가 생겨나고, 인체가 머무는 세계가 탄생했습니다. 원자가 모여 원소라는, 화학적으로는 분해할 수 없는 순수한 물질이 됩니다. 다양한 원소가 결합해 세포라는 인체의 최소 기능 단위가 됩니다. 예를 들어 혈액세포는 몸 전체에 산소를 운반하지요. 혈액세포의 구조는 다른 기능을 수행하는 신경세포나 근육세포와 다릅니다. 이런 세포들의 구조와 기능은 모두 화학적 원리에 따라 결정됩니다.

 

 

가장 중요한 원소

 

인체에서 '가장 중요한' 장기를 단 하나만 꼽을 수 있을까요? 그럴 수 없듯이, 생명이 시작되려면 원소도 여러 종류가 필요합니다. 지구상의 모든 생명체에게 가장 중요한 원소들은 다음과 같습니다.

 

 

· 수소(H)

 

· 탄소(C)

 

· 질소(N)

 

· 산소(O)

 

 

우리가 숨 쉬는 공기, 먹는 음식, 인체의 물리적 구조를 이루는 물질 안에 이 원소들이 없었다면 인류는 존재하지 못했을 것입니다. 이 원소들은 다른 원소들과 상호작용해 분자(하나 이상의 원자로 구성된 물질)나 화합물(두 가지 이상의 서로 다른 원소로 구성된 분자들)을 이루는 능력이 있습니다. 생명이 시작되는 데 이 원소들이 꼭 필요한 이유이지요.

 

 

원자의 구성 입자

 

모든 원자는 더 작은 기본 입자로 구성되어 있는데, 이 입자의 종류는 전하(물질이 띠는 전기적 성질)에 따라 세 가지로 나눌 수 있습니다.

 

· 양성자(양전하를 띰)

 

· 중성자(전하를 띠지 않음)

 

· 전자(음전하를 띰)

 

 

입자들의 수와 조성에 따라 원자의 종류와 다른 원자들과의 상호작용 경향이 정해집니다. 어떤 원자가 양성자를 1개 보유하고 있다면, 그 원자는 분명 수소 원자일 것입니다. 양전하를 띠는 양성자는 원자의 핵에 들어 있습니다.

 

 

원자핵에는 중성자라는 또 다른 입자가 들어 있습니다. 중성자는 원자의 전하에 영향을 미치지 않지만, 원자의 질량을 늘립니다. 그러므로 원자의 질량은 그 안에 들어 있는 양성자 수 '더하기' 중성자 수가 되지요. 탄소는 원자번호가 6(양성자가 6개)이지만, 질량이 12(핵에 중성자도 6개 들어 있다는 뜻)입니다.

 

 

그런데 핵에 입자가 많이 들어찰수록 원자의 전하는 점점 한쪽으로 치우칩니다. 우주에서 벌어지는 현상 대부분이 그렇듯이, 원자는 균형을 추구합니다. 균형을 찾기 위해 원자핵 주위에는 음전하를 띠는 입자가 존재하지요. 이 입자를 전자라고 부릅니다. 전자는 핵 주위를 회전하며 일정 궤도에 머무는데, 그 원인은 바로 전자와 양성자 사이의 정전기 인력입니다.

 

 

중력이 달을 지구 가까이 붙잡아두는 것과 비슷한 현상이지요. 실제로, 원자는 자연스러운 균형을 찾기 위해 양성자와 같은 수의 전자를 보유해 전하 중립을 유지합니다. 그러나 전자는 핵처럼 한자리에 고정되어 있지 않습니다. 핵 주변의 궤도(껍질)에 퍼져 있지요. 하나의 원자에 궤도가 여러 개일 수 있습니다. 전자궤도를 핵 주위의 동심원처럼 묘사한 그림을 종종 볼 수 있지요. 모든 원자는 (핵과 가장 가까운) 첫 번째 궤도에 2개의 전자를 담을 수 있습니다.

 

 

이 궤도를 다 채우고 남는 전자는 다음 궤도에 8개까지 들어갈 수 있습니다. 두 번째 궤도가 다 차면 나머지 전자들은 다음 궤도에 들어가는 식으로 자리를 찾아갑니다. 두 번째 궤도 이후의 모든 궤도에는 전자가 8개씩 들어갑니다.

 

 

세포의 구성│세포의 은밀한 사생활

 

인체 세포 대부분은 여러 세포소기관, 즉 특수한 기능을 담당하는 세포 내 단위로 이루어져 있습니다. 세포소기관이란 세포막, 세포질, 핵, 내막계, 미토콘드리아 등을 말합니다.

 

 

세포막

 

세포막(또는 형질막)은 세포 안팎의 경계를 구분해줍니다. 단백질과 지질 분자로 이루어져 있는데, 세포의 종류에 따라 비율이 달라집니다. 보통 단백질 분자 하나에 지질 분자 50개가 배치됩니다. 그러나 단백질 분자가 지질 분자보다 훨씬 더 크므로, 단백질이 세포막 중량의 50퍼센트를 차지하지요. 이 분자들은 단백질과 지질로 이루어진 두 장의 층이 맞대고 있는 이중 막 구조로 되어 있습니다. 한 장은 세포 바깥쪽에, 나머지 한 장은 세포 안쪽, 즉 세포질에 닿아 있습니다.

 

 

세포막을 이루는 지질의 주성분은 인지질입니다. 인지질 막의 한쪽 면은 음전하를 띠는 인산기가 드러나 있으므로, 전하나 극성을 띠는 물 분자와 상호작용합니다. 반대쪽 면은 지방산 탄화수소 사슬로 된 비극성(소수성) 영역입니다. 이 부분은 기름과 물이 섞이지 않듯이, 극성을 띠는 분자와 물을 밀어내는 반투과성 막으로 효과적인 여과 장벽이 됩니다.

 

 

인지질 이중 막에 박혀 있는 단백질은 세포막의 한쪽 또는 양쪽에서 벌어지는 일에 관여합니다. 이렇게 막을 관통하는 구조 덕분에 다양한 세포 기능을 수행할 수 있지요. 세포막 단백질은 세포 안팎으로 물질을 수송하고, 세포를 고정하거나 세포의 이동을 지지해주는 부착점이 되기도 합니다. 화학신호를 수신하는 수용체로서 세포 안으로 신호를 전달해 세포 활동에 영향을 미치기도 하지요.

 

 

세포질

 

세포질은 세포 내 영역을 이르는 말로, 세포막을 경계로 세포 바깥과 구분됩니다. 가장 활발하게 대사가 이루어지는 곳으로, 세포질 곳곳에는 세포의 작업장들이 있지요. 이곳에서는 융합된 물질을 분해하기도 하고, 단백질과 인지질을 생산하기도 합니다.

 

 

세포핵

 

세포의 한가운데에는 세포의 유전정보 DNA가 담긴 세포핵이 있습니다. 핵에서는 DNA 부호를 세포질 안에서 단백질을 만드는 RNA로 번역합니다.

 

 

핵막의 성분은 세포막과 같습니다. 그러나 핵막은 4중 인지질 층(두 겹의 이중 막)과 그 사이의 핵막공간으로 이루어져 있습니다. 핵에서 가장 눈에 띄는 구조물은 단백질과 핵산으로 구성된 핵소체입니다. 이곳에서 단백질합성에 필요한 rRNA(리보소체 RNA)가 합성되어 핵 바깥으로 이동할 준비를 마칩니다.

 

 

핵막에 있는 단백질 복합체는 핵막을 드나드는 물질 수송을 조절합니다. 작은 수용성 분자는 막힘없이 통과하지만, 커다란 분자는 도움을 받아야 통과할 수 있습니다. '조력자' 역할을 하는 동향수송 분자가 '화물' 분자와 결합해주어야 하지요. 그중 핵 안과 밖으로 수송을 돕는 단백질을 각각 임포틴과 익스포틴이라고 부릅니다.

 

 

미토콘드리아

 

미토콘드리아는 세포가 쓸 에너지를 생산하는 곳으로, 핵막처럼 이중 막 구조로 되어 있습니다. 미토콘드리아도 핵처럼 DNA를 가지고 있습니다. 미토콘드리아의 게놈에는 30개 이상의 유전자가 부호화되어 있어 대사와 에너지를 생산하는 데 꼭 필요한 물질들을 생산합니다.

 

 

미토콘드리아 외막은 편평한 캡슐 모양이지만, 내막은 능선이라는 (표면적을 넓히는) 주름 막 구조로 되어 있습니다. 내막에는 단백질로 된 전자전달계가 있어 미토콘드리아 내부의 바탕질로부터 내막과 외막 사이의 공간으로 양성자 혹은 수소이온(H+)을 실어나릅니다. 수소이온을 옮기며 생기는 에너지는 모든 인체 세포에 에너지를 공급하는 ATP(아데노신삼인산) 생산에 사용됩니다.

 

 

 

피부: 우리가 평생 입는 옷

 

피부와 털, 손발톱│피부에 양보하세요

 

표피

 

피부는 우리 몸 전체를 감싸고 있지만, 부위에 따라 차이가 있습니다. 팔의 피부와 발바닥의 피부는 확연히 다른데, 이런 차이는 주로 표피(맨 위)의 두께 때문입니다. 표피는 최대 다섯 가지 층으로 이루어집니다.

 

· 기저층

 

· 가시층

 

· 과립층

 

· 투명층

 

· 각질층

 

 

각 층을 하나씩 살펴볼까요? 피부의 가장 아래, 바닥막 바로 위의 기저층은 세포분열을 통해 피부 표면에서 오래된 세포가 떨어져 나갈 때마다 지속적으로 새로운 세포를 공급합니다. 표피 대부분을 이루는 이 세포를 각질세포라고 합니다. 기저층에는 감각신경세포와 연결되어 자극을 감지하는 메르켈세포도 있습니다. 이 세포는 주로 손끝, 입술, 얼굴 등 촉각이 예민한 부위에 많이 분포합니다. 기저층 위에는 가시 모양의 세포들로 구성된 가시층이 있습니다.

 

 

위로 밀려 올라간 피부 세포는 과립층에 도달합니다. 이 세포에는 각화유리질 과립이 들어차 있어서 피부의 구조를 유지해주고, 오돌토돌한 외형을 띠지요. 과립층이 살아 있는 세포로 된 마지막 층입니다.

 

 

그 위에는 투명층이 있습니다. 죽은 피부 세포로 구성된 얇고 투명한 층입니다. 그 위에 두께의 편차가 큰 마지막 층인 각질층이 있습니다. 각질층은 여러 층의 죽은 세포로 이루어져 있으며, 감염으로부터 우리 몸을 보호하는 진정한 일차 방어선입니다.

 

 

피부가 가장 두꺼운 곳은 손바닥과 발바닥입니다. 앞서 살핀 다섯 층 가운데 각질층이 가장 두껍습니다. 두꺼운 피부는 걷거나 물건을 쥘 때 생기는 마찰로부터 피부를 보호해줍니다. 다른 부위의 피부와 달리 모낭이나 기름샘(피지샘)이 없고, 땀샘도 적은 편이지요. 손바닥이나 발바닥도 축축해질 때가 있지만, 다른 부위에 비해 땀 분비량이 훨씬 적습니다.

 

 

우리 몸의 대부분은 얇은 피부로 덮여 있습니다. 이런 부위에는 두꺼운 피부의 다섯 층 가운데 두 층(과립층과 투명층)이 없습니다. 대신 털의 성장을 돕는 모낭과 기름샘이 많지요. 땀샘도 얇은 피부와 두꺼운 피부 어디에나 있지만, 얇은 피부에 훨씬 밀집해 있어서 땀을 배출해 몸을 식혀줍니다.

 

 

진피

 

진피는 표피 아래 위치한 층으로, 진피 아래에 있는 결합조직(피하조직)과 표피 사이에서 이행부위를 이룹니다. 주로 아교섬유, 탄력섬유, 지방조직으로 이루어진 치밀 불규칙 결합조직입니다. 진피에는 피부에 혈액을 공급하는 혈관뿐 아니라 압력과 통증, 온도를 감지하는 여러 신경종말(신경섬유의 끝부분)과 수용체가 분포합니다.

 

 

손발톱

 

피부 표면과 체모 대부분은 부드러운 편입니다. 손발톱은 그보다 훨씬 단단하지요. 죽은 세포층이 빽빽이 들어차 있기 때문입니다. 우리가 흔히 손발톱이라고 알고 있는 부위는 사실 손발톱 판입니다. 죽은 세포로 이루어진 이 단단한 판들은 손발톱 바닥 덕분에 아래층의 진피에 단단히 붙어 있습니다. 손발톱의 아랫부분에는 껍질이 있습니다. 이 껍질은 표피의 일부분으로, 손발톱이 새로 자라 나오는 곳을 덮고 있습니다. 껍질아래에서는 손발톱 판을 이루는 물질이 계속 새롭게 만들어지면서 손발톱을 앞으로 밀어냅니다. 손발톱 판이 손가락 끝 너머로 자라 때가 잘 끼는 틈이 생기는 곳은 손발톱끝아래허물이라고 부릅니다. 손발톱에서 우리에게 가장 친숙한 부위이자, 너무 길어지지 않도록 정기적으로 다듬어야 하는 곳이지요.

 

 

 

신경계: 몸과 뇌를 연결하는 초고속 통신망

 

신경계의 신호전달│세포들의 의사소통 완전 정복

 

신경계는 우리 몸의 주요 통제 센터입니다. 몸 안팎에서 일어나는 정보를 감지하는 감각 수용체와, 그 정보를 뇌로 전달하는 신경 경로로 이루어져 있지요. 뇌는 이 정보를 받아서 처리하고, 어떻게 반응할지 결정합니다. 반응한 신호는 뇌에서 출발해 척수를 지나 신경을 타고 몸의 다양한 표적 기관으로 전달됩니다. 신경계에서 오가는 모든 정보는 신경세포 안팎을 흐르는 이온과 화학신호의 형태로 전해집니다. 그러므로 신경계의 핵심 기능은 정보 전달이라고 할 수 있습니다.

 

 

신호전달

 

신경세포는 이온 농도를 조절해 세포막 안팎의 전압 차(막전위)를 만들어냅니다. 세포가 비활성 상태(안정기)일 때, 세포는 나트륨과 칼륨 이온의 농도를 적절하게 유지합니다. 이를 위해 나트륨-칼륨 펌프Na/K pump라는 막 단백질이 에너지를 사용해 나트륨을 세포 밖으로, 칼륨을 세포 안으로 이동시키지요. 세포 안에는 기본적으로 DNA나 세포골격 단백질처럼 음전하를 띠는 입자가 많고, 따라서 세포 안은 바깥보다 상대적으로 더 음전하를 핍니다. 그렇게 세포막에는 -70밀리볼트(mV) 정도의 안정막전위가 유지되지요.

 

 

전압작동통로

 

신경세포막에는 전압작동통로라는 특수한 단백질 통로가 있습니다. 이 통로는 막전위가 일정 수준에 도달하면 모양이 변해서 이온이 드나들 수 있게 열립니다. 예를 들어, 막전위가 -55밀리볼트에 이르면 나트륨 이온 통로가 열려, 양전하를 띠는 나트륨이 세포 안으로 들어옵니다. 그러면 세포 안쪽 전압이 올라가면서 다른 전압작동통로에도 영향을 미치지요. 칼륨 통로는 세포 안이 양전하 쪽으로 바뀌었을 때 열려서 칼륨 이온을 세포 밖으로 내보냅니다. 그로 인해 세포 안쪽 전압은 다시 음전하로 되돌아가지요.

 

 

신경전달물질

 

활동전위는 신경세포 안에서는 잘 전달되지만, 세포와 세포 사이 공간을 직접 건너지는 못합니다. 그래서 신경세포는 전기신호를 화학물질로 바꿔서 다른 신경세포나 표적 세포에 전달합니다. 이때 분비되는 물질을 신경전달물질이라고 합니다. 신경전달물질은 세포 사이 공간으로 퍼져 나가 신호를 받는 세포로 전달되고, 그 세포에서는 다시 전기신호가 만들어집니다.

 

 

시냅스

 

신경세포 끝부분(축삭종말)이 골격근 세포나 다른 신경세포와 만나면, 두 세포 사이에 작은 틈이 생깁니다. 이를 연접틈새라고 합니다. 축삭종말에서는 신경전달물질이 이 틈으로 분비되어 퍼져 나갑니다. 반대편 세포에는 이를 받아들이는 수용체가 있으며, 신호를 받아들인 후에는 다시 전압작동통로를 열어 활동전위를 일으킵니다. 이렇게 신경 신호가 끊이지 않고 계속 이어집니다.

 

 

신경계의 질병과 장애│복잡한 곳에는 문제가 생기기 마련

 

파킨슨병/P 파킨슨병은 중추신경계에서 필수 신경전달물질인 도파민의 생산이 부족해지거나, 도파민에 신경계가 반응하는 능력이 떨어져 발생합니다. 보통 50세 이후에 발병하며, 초기에는 떨림, 경직, 보행장애와 같은 운동 장애가 먼저 나타납니다. 병이 진행되면 치매와 같은 인지 및 사회적 장애가 따라오지요.

 

 

파킨슨병은 아직 완치가 불가능하므로, 질병 예방과 증상 관리에 초점을 두고 연구되어왔습니다. (비타민 C와 같은) 항산화제가 파킨슨병 예방과 관련이 있다는 보고가 여럿 있지만, 아직은 확실한 결론을 내릴 수 없습니다.

 

 

도파민 생산이 부족한 환자에게는 신경전달물질의 작용 시간을 늘리는 약이 증상을 완화하는 데 도움이 됩니다. 도파민이 시냅스로 분비되면 모노아민산화효소(MAO)라는 효소가 도파민을 분해합니다. 모노아민산화효소 억제제는 이 효소의 활성을 억제하는 약입니다. 도파민의 작용 시간을 늘려 도파민이 더 많아진 것과 같은 효과를 내지요.

 

 

알츠하이머병

 

치매의 60-70퍼센트를 차지하는 알츠하이머병은 주로 65세 이상의 성인에게 발생하는 신경변성(퇴행성) 장애입니다. 알츠하이머병의 원인은 확실하게 밝혀지지 않았지만, 유전이 중요한 역할을 한다고 여겨집니다.

 

 

이 병을 일으키는 원인에 대한 가설은 여러 가지가 있지만, 지배적인 가설은 아밀로이드판 단백질(APP)의 역할과 이 단백질의 부적절한 침착에 초점을 맞춥니다. 그러나 APP 침착물을 제거하는 백신을 환자에게 투여했을 때 치매가 호전되지 않았으므로, APP가 알츠하이머병의 원인인지는 여전히 확실하지 않습니다.

 

 

알츠하이머병의 초기 증상은 단기 기억상실이며, 시간이 지나면 심각한 인지장애가 나타납니다. 환자는 시간과 장소 따위를 인식하지 못하는 지남력장애와 언어장애 때문에 사회로부터 고립될 수 있습니다. 병이 더 진행되면 온몸의 기능이 저하되고 사망에 이릅니다.

 

 

ADHD

 

어린이의 신경발달 장애인 주의력결핍과다활동장애(ADHD) 또는 주의력결핍장애(ADD)는 주어진 과제에 몇 분 이상 집중하는 데 어려움을 겪으며, 경우에 따라 과도한 신체 활동을 동반합니다. 이런 어린이들은 해야 할 일을 지속하거나 오래 앉아 있지 못하기 때문에 (어린이집이나 초등학교에서) 사회화된 교육을 받기 시작할 때 발견되는 경우가 많지요.

 

 

일부 어린이는 적절히 사회화되지 못했거나 허용 가능한 행동을 집에서 배우지 못해 ADHD나 ADD로 진단되기도 합니다. 증상이 심각한 어린이의 경우에는 상담이나 약물치료가 도움이 될 수 있습니다. 언제나 최선의 해법이라고 할 수는 없지만, ADHD나 ADD 치료에 가장 널리 사용되는 효과적인 수단은 자극제입니다.

 

 

자폐증

 

자폐증은 아동기 초기에 나타나며 언어 발달이 늦어질 뿐 아니라 사회적 기능 장애도 나타날 수 있습니다. 그러나 가장 특징적인 증상은 반복행동입니다. 반복 행동은 자폐를 ADHD나 ADD와 구분해주는 특징이지요. 여러 신경학적 장애의 병태생리와 화학적 요인이 밝혀졌지만, 자폐증의 원인은 아직 충분히 알아내지 못했습니다. 한 요인으로 중추신경계 내 시냅스의 변형이 주목받고 있습니다. 시냅스가 변형되면 신경계 전반에서 신호전달이 지연되거나 부정확해지기 때문이지요.

 

 

과거 여러 언론에서 아동기의 백신 접종이 자폐증과 관련이 있다는 의혹을 제기했습니다. 하지만 오늘날 의학계와 과학계 전반에서는 그 관련성을 인정하지 않습니다.

 

 

* * *

 

 

본 정보는 도서의 일부 내용으로만 구성되어 있으며, 보다 많은 정보와 지식은 반드시 책을 참조하셔야 합니다.