세포 소기관

세포 속에는 핵, 미토콘드리아, 소포체, 골지체 같은 여러 소기관이 있다. 현미경으로 모양은 볼 수 있지만, 각 소기관이 무슨 일을 하는지 알려면 그것만 따로 모아 실험해야 한다. 지름이 수 μm도 안 되는 소기관을 어떻게 골라낼까? 세포를 갈아 원심 분리기에 넣고 돌리면, 무엇이 먼저 가라앉을까?

원심 분리 단계

1.3.1소기관이 하는 일

핵은 DNA를 담고 있으며, 유전 정보를 RNA로 옮겨 적는 곳이다. 리보솜은 RNA의 정보에 따라 아미노산을 이어 단백질을 만든다. 거친면 소포체는 표면에 리보솜이 붙어 있어 세포 밖으로 내보낼 단백질을 만들어 안으로 들이고, 골지체는 그 단백질을 다듬고 포장하여 목적지로 보낸다. 미토콘드리아는 세포 호흡으로 ATP를 만들고, 엽록체는 광합성을 한다. 리소좀은 소화 효소를 담아 낡은 소기관이나 들어온 물질을 분해한다. 식물 세포에는 이 밖에 엽록체, 커다란 액포, 세포벽이 더 있다.

그림 1에서 단계를 바꾸어 보자. 1000 g 정도로 10분 돌리면 가장 큰 핵이 가라앉는다. 윗물을 새 관에 옮겨 2만 g으로 돌리면 미토콘드리아가, 10만 g으로 돌리면 소포체와 골지체가 부서진 작은 주머니(미세 소체)가, 30만 g으로 오래 돌리면 리보솜이 가라앉는다. g는 지구 중력의 몇 배인지를 나타낸다.¹

1.3.2소기관의 협력

소기관은 따로 떨어져 일하지 않는다. 예를 들어 이자 세포가 소화 효소를 내보낼 때는 리보솜에서 만들어진 단백질이 거친면 소포체 안으로 들어가 접히고, 작은 주머니에 실려 골지체로 가서 다듬어진 뒤, 분비 소낭에 담겨 세포막과 합쳐지며 밖으로 나간다. 방사성 아미노산을 잠깐 넣고 시간에 따라 어디에 나타나는지 추적하면 이 경로를 볼 수 있다. 몇 분 뒤에는 소포체에, 20분쯤 뒤에는 골지체에, 1시간쯤 뒤에는 분비 소낭에 방사능이 몰린다.

1.3.3예제 풀이

산소를 소비하여 세포 호흡의 마지막 단계를 하는 것은 미토콘드리아이므로 침전물 2이다. 다만 포도당은 세포질에서 해당 과정을 먼저 거쳐야 미토콘드리아가 쓸 수 있으므로, 실제 실험에서는 침전물 2에 피루브산을 넣어야 산소 소비가 뚜렷하다.

DNA는 핵에 가장 많으므로 침전물 1이다. 그리고 단백질 합성은 리보솜이 하므로, 리보솜이 붙은 소포체 조각이 모인 침전물 3과 떠다니는 리보솜이 남은 윗물에서 활발하다. 즉 분획마다 다른 기능을 시험하면 '어느 소기관이 무슨 일을 하는가'를 하나씩 확인할 수 있다.

아래 탐구 카드에서 세포를 갈아 돌려 소기관을 골라내고, 세포 밖으로 나갈 단백질의 길을 추적해 보자.

1. 원심 분리 전에 세포를 깨뜨릴 때는 삼투로 소기관이 터지지 않도록 세포질과 농도가 비슷한 설탕 용액에서, 효소가 작동하지 않도록 차갑게 한다.