본문내용
1. 생리학의 개요
1.1. 생리학의 정의와 특징
생리학은 생명현상의 기전(mechanism)을 연구하는 자연과학 분야로, 생물체가 생명을 유지하는 데 필수적인 활동을 어떻게 수행하는지와 같은 총체적 기능을 연구하는 학문이다. 생리학의 정의는 "physiology"로, 이는 라틴어에서 유래된 것으로 "physio(자연, nature)와 logy(학문, science)"를 의미한다. 즉, 생리학은 자연의 성질이나 그 기능을 연구하는 학문이라 할 수 있다. 생리학의 핵심적인 특징은 생명체의 대사, 성장, 생식, 적응, 유기체로서의 특성, 운동 등 생명체의 기본적인 특성을 이해하고 기전을 밝히고자 하는 것이다. 이를 통해 생물체의 정상적인 기능을 이해하고 질병의 발생과 치료에 활용할 수 있다.
1.2. 생명체의 특성
생명체의 특성은 다음과 같다"
생명체는 대사, 성장, 생식, 적응, 유기체, 운동 등 여러 가지 특징을 가지고 있다. 대사란 주위 환경으로부터 물질을 얻어 체내에서 분해·합성하는 과정을 말한다. 이화작용(catabolism)과 동화작용(anabolism)의 여러 과정을 거친 후 생성 물질들을 체외로 내보냄으로써 생명체가 생명을 유지할 수 있게 한다". 성장이란 대사에 의해서 만들어진 물질의 일부가 생물체의 구성요소로 쓰이고, 그 결과 생물체의 길이·크기·부피가 커지는 것을 말한다". 생식이란 생물체가 자기와 똑같은 종류의 새로운 생물 개체를 생산하는 것을 의미한다". 적응이란 주위 환경의 변동에 대응해서 이에 알맞게 형태 및 기능을 조정하여 대처하는 것을 말하며, 진화도 적응의 예 중 하나이다". 유기체란 생물체를 구성하는 각 부분이 깊게 상호의존(interdependence), 상호작용(interaction)의 관계를 맺고 있어 전체로서 하나의 통일된 개체를 이루는 것을 뜻한다". 운동이란 유기체의 위치가 자체적으로 처음 변하거나 유기체가 다른 장소로 이동하는 것을 말하는데, 이때 심장박동과 같은 내부적인 움직임도 포함된다".
1.3. 항상성과 되먹임 기전
항상성은 건강을 유지하기 위해서 몸의 기관계통이 기능적으로 내부와 외부의 환경 변화에 대응해 일정하게 조절해야만 하는 생명체의 중요한 특성이다. 우리 기관계통은 상호 의존적으로 모든 세포가 기본적으로 필요한 물·영양소·산소 및 정상체온 등을 유지하기 위해 함께 일한다.
항상성은 정적 상태가 아니라 동적 상태로, 항상성에 문제가 생기면 질병이 생길 수 있다. 예를 들어 당뇨병은 췌장이 인슐린을 충분히 생성하지 못하거나, 신체 세포들이 인슐린을 활용하지 못할 때 발생한다.
항상성은 주로 음성되먹임 기전을 통해 유지된다. 음성되먹임은 변화를 억제하거나 또는 반대 방향으로 작용시켜 정상수준으로 돌아오게 하는 작용이다. 예를 들어 혈당조절과 체온조절은 음성되먹임 기전에 의해 유지된다.
반면 양성되먹임은 최초의 자극이 다음의 자극 크기를 더욱 더 강화하는 반응을 야기하여 변화를 증폭시키는 작용이다. 항상성은 양성되먹임보다는 음성되먹임 기전에 의해 유지되어야 한다. 혈액응고와 분만진통은 양성되먹임 기전의 예이다.
체온은 시상하부에 위치한 온도조절중추에 의해 조절된다. 온도수용체가 감지한 온도 정보는 시상하부로 전달되고, 시상하부는 체온 증가에 대한 반응으로 입모, 떨림 등을 일으켜 체온을 떨어뜨린다. 만약 이러한 기전이 작동하지 않으면 생명에 위험한 이상고열이 발생할 수 있다.
2. 세포 생리
2.1. 세포의 구성
세포(cell)는 모든 생명체의 구조적·기능적·유전적인 기본 단위이며 생명현상을 나타내는 여러 가지 기능을 수행한다. 세포는 핵, 세포질, 세포막으로 구성된다.
세포막(cell membrane)은 세포의 외부와 세포 내 소기관들의 표면을 둘러싸고 있는 막으로, 지질(지방, lipid)과 단백질(protein)로 구성되어 있다. 세포막은 선택적 투과나 물질의 운반에 관여하며, 세포와 외부 환경을 분리(보호)하고 선택적 투과성을 가진다. 세포막은 3층으로 구성되어 있는데, 외층은 단백질과 탄수화물의 결합체, 중간층은 지질층, 내층은 단백질층이다.
세포질(cytoplasm)은 세포막 안쪽과 핵 바깥쪽 사이에 해당하는 부분으로, 세포소기관(cell organelles)을 포함한다. 세포소기관에는 사립체(mitochondria), 형질내세망(endoplasmic reticulum), 리보솜(ribosome), 골지체(Golgi apparatus), 용해소체(lysosome), 섬모 및 편모 등이 있다. 이들 세포소기관은 세포의 성장·유지·분열 등과 관련된 분업화된 특수한 기능을 가지고 있어 세포의 항상성 유지에 관여한다.
핵(nucleus)은 세포의 중심에 있는 공모양의 소체로, 유전자를 구성하는 물질인 DNA(46개의 염색체)를 포함한다. 핵은 세포의 조절 센터 역할을 하며, 대사를 조절하고 세포 분열의 주도적 역할을 한다. 핵막은 세포질과 경계를 이루는 지질 이중막으로, 세포질과 핵 사이의 물질교환을 선택적으로 조절한다. 핵소체는 DNA, RNA, 단백질로 이루어진 덩어리로, 리보솜을 조립하는 곳이다.
따라서 세포는 핵, 세포질, 세포막으로 구성되어 생명체의 기본 단위로서 다양한 기능을 수행한다고 할 수 있다.
2.2. 세포막의 구조와 기능
세포막은 세포질과 세포 외부 환경을 구분하여 선택적 투과성을 가지는 역할을 담당한다. 지질과 단백질로 구성되어 있으며, 세포를 보호하고 필요한 물질을 선택적으로 유출입 시키는 기능을 수행한다.
세포막의 구조는 지질과 단백질로 이루어져 있다. 지질은 주로 인지질로 이루어진 이중층을 형성하고, 그 사이에 다양한 단백질이 분포해 있다. 지질의 경우 친수성 머리부분과 소수성 꼬리부분으로 구성되어 있어 이중층을 형성한다. 세포막 내부에는 다양한 단백질이 존재하는데, 이들은 세포 내부와 외부 환경 간 물질 이동, 신호전달, 세포 구조 유지 등의 기능을 수행한다.
세포막의 주요 기능은 다음과 같다. 첫째, 세포의 내부와 외부를 물리적으로 구분하는 경계로서의 역할을 한다. 둘째, 세포 내외 환경 간 선택적 물질 투과를 조절한다. 세포 내에 필요한 물질은 수송단백질을 통해 능동적으로 유입되고, 필요없는 물질은 막을 통과하지 못하도록 한다. 셋째, 세포 간 정보전달에 관여한다. 세포막의 수용체 단백질은 세포 외부의 화학 신호를 인지하여 세포 내부로 전달한다. 넷째, 세포의 표면 특성을 결정한다. 세포막의 당지질과 단백질은 세포의 고유한 표면 특성을 나타내어 자기 구분 기능을 한다.
이처럼 세포막은 생명체 내부의 항상성 유지...
