Ⅰ-1. 세포의 연구와 관측

세포의 연구와 관측

Research and Observation of Cell

1. 세포설

 세포설 정립의 배경:

세포는 매우 작은 크기를 가지기 때문에 일부(알 등)를 제외하고는 육안으로 관찰되지 않는다. 따라서 세포를 관찰하기 위한 기구가 발명된 이후에야 세포설이 정립될 수 있었다. 세포의 관측에 이용된 장비는 현미경으로, 안톤 판 레이우엔훅이 발명을 완성시켰다. 이 이후로도 전자 현미경의 개발 등 장비가 개선되면서 세포 관측의 폭이 넓어지게 된다.

 

 슐라이덴과 슈반의 세포 이론:

1. 모든 생물들은 하나 이상의 세포로 이루어져 있다.

2. 세포는 생물을 이루는 기본 단위이다.

3. 세포는 기존에 존재하는 세포로부터 만들어진다.

2. 세포 연구하기

 세포 분획법(Cell Fractionation):

원리: 세포를 이루는 소기관들은 크기가 다들 종류에 따라 다르다. 따라서 원심분리를 이용하면 종류별로 소기관들을 분리할 수가 있다. 이를 이용한 세포 연구법이 바로 세포 분획법이다.

방법: 먼저 세포를 분리해줘야 한다. 따라서 세포나 조직을 등장액(설탕 용액 등)에 넣어서 균질기로 파쇄해준다. 혹은 효소를 이용해서 세포를 파쇄한다. 그 뒤 파쇄된 세포를 원심 분리기에 넣고 점점 RPM(회전속도)을 높여가면 세포 성분들이 크기에 따라서 분리된다. (이미 분리된 상층액만을 취해가며 RPM을 높여서 분획한다.)

분리되는 순서: 핵과 세포 찌꺼기 → 엽록체(식물),미토콘드리아→ 소포체, 골지체 → 리보솜 

 자기 방사법(Autoradiography):

원리: 세포의 물질대사는 한번에 이뤄지는 것이 아니라 여러 단계를 거쳐서 이루어진다. 따라서 추적하고 싶은 물질에 포함된 원소를 방사성 동위원소로 표지하여 시간에 따라 추적하면 어떤 경로를 따라, 어떤 과정을 거쳐서 물질이 만들어지는지 알아낼 수 있다. 

방법: 용도에 따라 다양한 원소를 표지해서 사용한다. 세포 분열 연구에는 15N, 광합성 연구에는 14C, 18O, 유전 연구에는 32P, 35S, 15N을 사용한다. 

이용 분야: 세포 호흡과 광합성의 경로 추적 등

3. 세포 관찰하기

 기본 용어:

배율(Magnification): 물체의 상과 실제 크기 사이의 비율

해상력(Resolution): 상이 또렷히 보이는 정도. 떨어진 두 점이 확실히 분리되어 보이는 최소 거리

대비(Contrast): 시료 내의 차이점을 강조하는 것. 세포 성분이 잘 보이도록 염색, 표지하는 것.

 광학현미경(LM):

광학현미경은 르네상스 시절부터 지금까지 가장 널리 사용된 현미경으로, 가시광선이 시료와 유리렌즈를 통과하면서 렌즈에 의해 확대된 상을 눈으로 관찰할 수 있는 현미경이다. 

  - 위상차 현미경: 시료 자체의 다양한 밀도 차이를 증폭하여 염색하지 않은 세포를 대비되어 보이게 한다. 염색하는 과정을 거치지 않기 때문에 살아 있거나 색소가 없는 세포를 관측하는 데에 유용하다.

  - 형광 현미경: 형광 염색약이나 항체로 세포의 일부를 표지하여 세포 내에서 위치를 확인한다. 일부 세포들은 스스로도 형광을 띠는데, 이런 형광물질들은 UV(자외선)를 흡수하여 가시광선을 방출한다.

 전자현미경(EM): 

광학현미경은 해상력의 한꼐로 세포소기관을 연구하는 데에 문제가 있었다. 1950년대에 전자현미경이 발명되면서 연구가 더욱 진척되게 되었다. 대표적으로 사용되는 전자현미경은 아래의 두가지 종류가 있다.

  - 주사전자현미경(SEM): 시료의 표면을 연구하는 데에 효과적인 현미경이다. 전자빔을 얇은 금막으로 코팅된 샘플 시료의 표면에 주사한다. 전자빔은 전자를 흥분시키며, 흥분된 2차 전자는 패턴이 기계에 의해 해석된다. 이렇게 만들어진 이미지는 비디오 스크린으로 확인할 수 있다. 3차원의 이미지를 확인할 수 있다.

  - 투과전자현미경(TEM): 세포 내부의 초미세구조를 연구하는 데에 효과적인 현미경이다. 초마이크로톰을 이용해 매우 얇게 잘려진 시료에 전자빔을 투과시켜서 관측한다. 시료는 무거운 금속원자로 염색되며, 금속원자들은 세포내 특정 부분의 전자 밀도를 높인다. 시료를 통과한 전자빔은 이 전자 밀도 차이를 해석하여 모니터에 상을 나타낸다.

전자현미경은 공통적으로 살아있는 시료를 관찰할 수 없다는 단점이 있다.

사진 출처

http://pre.bookcube.com/epub.php?book_num=151005082