생명과학 고2 생명 시스템의 구성

원핵세포와 진핵세포

핵막 유무를 기준으로 원핵세포와 진핵세포의 구조적 차이를 비교한다.

핵막이 있어 DNA가 핵 속에 들어 있으면 진핵세포, 핵막이 없어 DNA가 세포질에 그대로 놓여 있으면 원핵세포입니다.

같은 서류를 잠금 장치가 달린 캐비닛에 넣어 두느냐(진핵), 책상 위에 그냥 펼쳐 두느냐(원핵)의 차이입니다. 서류(DNA)는 양쪽 모두 가지고 있습니다.

쉽게 말하면

생물의 특성의 첫 항목이 '세포로 이루어져 있다'였습니다. 그 세포를 자세히 들여다보면 크게 두 가지 설계가 있습니다. 갈라놓는 기준은 딱 하나, 핵막이 있느냐입니다.

원핵세포는 핵막이 없습니다. 그래서 DNA가 세포질 한쪽에 뭉쳐 있을 뿐 따로 격리되어 있지 않습니다. 미토콘드리아나 소포체처럼 막으로 둘러싸인 소기관도 없습니다. 대신 세포막, 세포질, 리보솜, DNA는 다 갖추고 있어서 스스로 단백질을 만들고 물질대사를 하며 분열해 증식합니다. 세균과 남세균이 여기 속하고, 모두 단세포입니다.

진핵세포는 핵막이 DNA를 감싸 핵을 만듭니다. 그리고 미토콘드리아·소포체·골지체 같은 막성 소기관들이 세포 안을 여러 방으로 나눕니다. 방을 나누면 각 반응이 서로 방해받지 않고, 필요한 효소와 재료를 한곳에 모아 둘 수 있어 훨씬 복잡한 일을 할 수 있습니다. 동물·식물·균류·원생생물이 모두 진핵세포로 되어 있습니다.

이 구획화가 바로 생명 시스템의 출발점입니다. 세포 안이 방으로 나뉘고, 세포가 모여 조직과 기관이 되고, 다시 개체가 되는 층층의 구조가 진핵세포의 설계에서 시작됩니다.

한 가지 덧붙이면, 지구의 역사에서 원핵세포가 먼저 나타났고 진핵세포는 한참 뒤에 등장했습니다. 그 사이에 남세균이 광합성으로 산소를 뿜어내 대기의 조성을 바꿔 놓은 사건이 있습니다 — 지구의 탄생과 진화에서 다루는 그 산소가 오늘날 진핵세포의 미토콘드리아가 쓰는 산소입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

대장균 — 전형적인 원핵세포

핵막이 없어 고리 모양 DNA가 세포질에 놓여 있고, 막성 소기관이 없습니다. 그래도 리보솜으로 단백질을 만들고, 영양분을 분해해 에너지를 얻고, 20분 남짓 만에 한 번씩 분열합니다. '단순하다'는 것이 '기능이 없다'는 뜻은 아닙니다.
예시 2

남세균 — 엽록체 없이 광합성을 하는 원핵세포

남세균은 원핵세포이므로 엽록체가 없습니다. 그런데도 광합성을 합니다. 엽록소가 엽록체라는 방 안이 아니라 세포질에 있는 막에 붙어 있기 때문입니다. '광합성 = 엽록체'라고 외워 두면 이 사례에서 걸려 넘어집니다. 광합성에 필요한 것은 엽록체라는 방이 아니라 엽록소와 효소입니다.
예시 3

볼 안쪽 상피 세포 — 전형적인 진핵세포

메틸렌 블루로 염색해 현미경으로 보면 둥근 핵이 뚜렷하게 보입니다. 이 '보이는 핵'이 진핵세포의 표지입니다. 원핵세포를 같은 방법으로 관찰하면 이런 구조가 나타나지 않습니다.

원핵세포와 진핵세포

구분	원핵세포	진핵세포
핵막	없다 (DNA가 세포질에 있음)	있다 (DNA가 핵 속에 있음)
DNA	있다	있다
막으로 둘러싸인 소기관	없다	있다 (미토콘드리아, 소포체, 골지체 등)
리보솜	있다	있다
세포막·세포질	있다	있다
세포벽	대부분 있다	식물·균류는 있고 동물은 없다
크기	상대적으로 작다	상대적으로 크다
예	세균, 남세균	동물, 식물, 균류, 원생생물

자주 하는 오해

핵이 없으니 DNA도 없다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움원핵세포는 핵이 없으니 유전 물질도 없고, 그래서 유전도 안 될 것이다

실제로는원핵세포에도 DNA는 분명히 있습니다. 없는 것은 DNA가 아니라 그것을 감싸는 핵막입니다.

'핵'과 'DNA'를 같은 말로 붙여 외웠기 때문에 생기는 혼동입니다. 핵은 DNA를 담고 있는 방이고, DNA는 그 안에 든 내용물입니다. 방이 없다고 내용물까지 없어지지는 않습니다. 원핵세포도 DNA를 복제해 자손에게 물려주고, 돌연변이가 일어나며, 진화합니다 — 항생제 내성 세균이 생기는 것이 그 증거입니다. 만약 원핵세포에 유전 물질이 없다면 애초에 생물의 특성을 만족하지 못해 생물이 아니게 됩니다.

원핵세포에는 세포 소기관이 하나도 없다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움원핵세포는 소기관이 전혀 없는 텅 빈 주머니다

실제로는막으로 둘러싸인 소기관이 없는 것입니다. 리보솜은 막 구조가 아니어서 원핵세포에도 있습니다.

이 한 단어('막으로 둘러싸인')를 빼고 외우면 반드시 틀리는 문제가 나옵니다. 리보솜은 단백질을 만드는 공장이라 모든 세포에 반드시 있어야 합니다 — 단백질을 못 만드는 세포는 효소도 못 만들고, 효소가 없으면 물질대사가 멈춰 살아 있을 수 없기 때문입니다. 그래서 '리보솜과 DNA와 세포막은 모든 세포의 공통 요소'로 기억하고, 원핵/진핵의 차이는 '핵막과 막성 소기관'으로 좁혀 두세요.