일반생물학 및 실험(1) - 동물세포 및 식물세포의 염색 및 관찰 보고서

실험제목 및 날짜

 

이 보고서는 2023년 4월 6일 일반생물학 실험실에서 동물세포와 식물세포를 현미경으로 관찰한 실험에 대한 보고서입니다.

 

인트로

 

모든 생명체는 세포로 구성되어 있습니다. 즉 세포는 생물체의 기본단위입니다. 현미경을 사용하여 세포단위의 구조와 물질대사를 관찰하고 연구하면 생물체의 생명활동을 더욱 깊이 이해할 수 있습니다.

 

세포는 크게 두가지 종류로 구분할 수 있습니다. 바로 원핵세포와 진핵세포입니다. 원핵세포는 원시적인 세포로 핵이 없습니다. 단지 핵양체라고 불리는 곳에 DNA가 모여있으며, 막은 존재하지 않습니다. 진핵세포는 핵이 존재하는 세포로 핵막으로 핵이 둘러쌓여 있으며 가운데 DNA와 단백질이 모여있는 인이 있으며 핵막과 인의 사이의 공간에는 염색질이라는 물질로 채워져 있습니다. 진핵세포에는 동물세포와 식물세포, 균류세포, 그리고 원생생물로 세분화 할 수 있습니다. 한편, 원핵세포는 세균과 고세균으로 구성되어 있습니다. 이번 실험에서 관찰하는 대상인 입안상피세포와 양파세포는 진핵세포이기 때문에 핵을 관찰할 수 있습니다.

 

원핵세포와 진핵세포는 서로 공통점도 가지고 있는데 둘다 DNA, 즉 염색체를 가지고 있습니다. 또한 세포막을 가지고 있으며 그 속에 세포질(사이토졸)이라는 물질이 채워져 있습니다. 마지막으로 두 세포 모두 리보솜을 가지고 있어서 DNA의 유전정보에 따라 리보솜에서 단백질을 만들어 냅니다.

 

세포는 현미경을 사용하여 최소 40배율, 최대 1000배율로 관찰하여야만 합니다. 이렇게 세포의 크기가 작은 이유는 표면적을 넓혀 표면적에서 일어나는 물질대사를 극대화하기 위함입니다. 1단위의 정육면체는 6단위제곱의 표면적이 존재하지만 크기가 커질수록 표면적이 극도로 작아짐을 확인할 수 있습니다.

 

동물세포와 식물세포는 서로 공통점도 가지고 있으며 차이점도 가지고 있습니다. 두 세포 모두 생물체를 구성하며 생명활동에 필요한 물질대사를 수행하는 공통적인 목적을 가지고 있습니다. 따라서 동일한 역할을 수행하는 세포 소기관들이 존재합니다. 하지만 동물과 식물은 서로 다른 생물학적 특징을 가지고 있기 때문에 다른 기능을 수행하는 세포소기관을 각자 가지고 있습니다. 동물세포와 식물세포의 구성은 아래와 같습니다.

 

동물세포

-편모

-소포체

-핵막

-인

-염색질

-원형질막

-리보솜

-골지체

-리소좀

-미토콘드리아

-퍼옥시즘

-미세융모

-세포골격

-중심체

식물세포

-핵막

-인

-염색질

-소포체

-리보솜

-중심액포

-세포골격

-엽록체

-원형질연락사

-세포벽

-세포막

-퍼옥시즘

-미토콘드리아

-골지체

 

각각의 세포소기관과 구성의 세부적인 내용에 대하여 살펴보겠습니다.

• 핵: 핵은 유전자의 대부분을 보관하고 있는 곳입니다. 핵은 핵막으로 둘러쌓여 있는데 이 핵막은 인지질 이중층으로 구성되어 있습니다. 즉 2쌍의 인지질 배열 막이 2개 존재합니다. 그리고 이 핵막에는 핵공과 단백질이 박혀있어 물질의 출입시킵니다. 핵의 내부에는 염색체가 단백질에 감겨 있습니다. 이러한 염색체와 단백질이 뭉쳐진 것을 염색질이라고 합니다.
• 리보솜: 리보솜은 동물세포와 식물세포에 모두 존재합니다. 리보솜은 핵 속의 DNA 정보에 따라 단백질을 만들어내는 세포소기관입니다. 리보솜은 세포질, 핵막, 조면소포체에 점처럼 박혀 있습니다.
• 소포체: 소포체는 시스터나라고 불리는 낭으로 구성되어 있으며 리보솜이 붙어 있으면 조면소포체라고 하고 리보솜이 붙어있지 않으면 활면소포체라고 합니다. 조면소포체는 리보솜에서 만들어진 단백질을 화학처리 한 후 수송소포 속에 넣어서 배출시킵니다. 한편, 인지질이 만들어지는 곳이기도 합니다. -골지체: 소포체가 보낸 수송소포 속 단백질을 골지체에서 다시 처리, 변형하여 필요한 곳으로 다시 보냅니다.
• 리소좀: 리소좀은 동물세포에만 존재하는 세포소기관입니다. 리소좀에는 가수분해효소가 들어있어 물질의 소화를 돕습니다. 리소좀은 식세포작용으로 음식물을 감싸서 소화시키고 또 오토파지라고 하여 기능이 떨어지는 세포를 소화시켜 영양분으로 사용하는 기능도 수행합니다. 리소좀 속의 가수분해효소는 세포질로 유출이 되면 기능을 세포질의 pH 때문에 기능을 잃게 됩니다.
• 액포: 액포는 소포체와 골지체가 만들어 냅니다. 액포의 종류에는 식포, 수축포 ,중심액포가 있는데 중심액포는 식물세포에만 있습니다.
• 미토콘드리아: 이곳에서 세포호흡이 일어나 atp를 얻습니다. 미토콘드리아는 동물, 식물세포 모두에 존재합니다. 미토콘드리아와 엽록체는 원래 다른 생물이었는데 세포속에 융합되어 세포의 소기관이 되었다고 생각되고 있습니다. 미토콘드리아는 2개의 막으로 되어 있는데 이중 안쪽 막을 크리스테라고 합니다.
• 엽록체: 엽록체는 식물세포에만 존재하며 녹색 색소인 엽록소를 가지고 있어 식물의 잎을 초록색으로 보이게 합니다. 엽록체는 2개의 막으로 되어 있으며 그 속은 틸라코이드라고 하는 초코파이 3/5 같은 것들이 들어있습니다. 이 틸라코이드 들이 쌓여있는 것을 그라나 라고 하고 막 내부 공간을 스트로마 라고 합니다.
• 퍼옥시즘: 퍼옥시즘은 독성물질을 분해하는 역할을 합니다. 예를 들면 과산화수소를 산소와 물로 분해합니다.
• 세포벽과 세포막: 식물세포는 세포벽이 세포를 둘러싸고 있으며 동물세포에 비해 견고하고 정형적입니다. 세포벽에는 원형질 연락사라고 하는 구멍이 뚫려있어 물질의 출입이 가능하고 동물세포에는 물질출입 단백질이 세포막에 박혀있어 이곳을 통해 물질의 출입이 가능합니다. 세포벽은 동물세포의 세포벽보다 더욱 두껍습니다.

실험목적

 

광학현미경의 각부 명칭을 암기하고 실험을 통해 실제로 사용해보아서 사용법을 숙지합니다 광학현미경을 통해 동물세포와 식물세포를 관찰하여 각각의 차이점과 공통점을 비교해 봅니다.

 

실험결과

 

염색한 입안 상피세포 40배율

염색한 입안 상피세포 100배율

염색한 입안상피세포 400배율

염색한 양파세포 40배율

염색한 양파표피세포 400배율

 

양파표피세포 40배율

양파 표피세포 100배율

양파 표피세포 400배율

 

Discussion

 

• 실험중 찍은 사진의 배율이 표시되어 있지 않아 보고서 작성 중 약간의 혼란을 겪었습니다. 정확한 보고서 작성은 실험내용의 정확하고 자세한 기록에서부터 시작된다고 사료하였습니다.
• -현미경을 통해 초점을 맞추어 사진을 찍는 것이 다소 어려웠습니다. 현미경에 스크린 캡쳐 기능이 추가되면 용이하겠다는 생각을 했습니다. -동물세포에 비해 식물세포는 각진 모습으로 차곡차곡 쌓여 있는 것이 관찰되었습니다. 따라서 식물세포가 더욱 구조적으로 견고하고 안정적이며 규칙적이라고 생각되었습니다.
• 동물세포와 식물세포의 크기롤 동일한 배율의 현미경 관찰 사진을 통해 비교를 해보았습니다. 양파세포가 입안상피세포보다 대략 6배정도 면적이 넓은 것으로 확인되었습니다. 사진상의 왜곡을 고려하더라고 크기차이가 매우 커서 예상외의 결과였습니다. 이는 식물세포는 동물세포에는 존재하지 않는 세포벽이 존재하여 크기가 다소 커지더라도 사이토졸을 안정적으로 지탱할 수 있기 때문이라고 사료하였습니다.
• 염색후 두 세포를 관찰한 결과 두 세포 모두 핵이 염색된 것을 확인하였으며 이를 통해 두세포 모두 핵이 존재하는 진핵세포임을 다시한번 확인하였습니다.
• 실험 중 현미경을 사용하였는데 접안렌즈는 10배율이었고 대물렌즈는 4배율, 10배율, 40배율, 100배율의 4 가지가 있었습니다. 따라서 40배율, 100배율, 400배율, 1000배율로 세포를 관찰할 수 있었습니다. 낮은 배율로 세포를 관찰하고 점점 배율을 높혀갔는데, 낮은 배율에서 보이던 세포가 높은 배율에서는 보이지 않는 신기한 현상을 경험하였습니다. 이는 높은 배율에서는 재물대 조절 노브의 약간의 움직임으로도 상의 초점이 맞지 않기 때문임을 발견하였습니다. 즉 높은 배율에서 초점이 맞는 노브의 눈금은 매우 좁아서 현미경 사용자의 숙련도가 실험성과의 큰 요인으로 작용함을 발견하였습니다.
• 관찰할 세포를 글라스 사이에 끼우고 기포를 빼기 위해 온힘을 다해 세게 눌러야 했습니다. 기포가 들어있는 글라스의 세포는 현미경으로 관찰 시 기포가 반사되어 검게 보였습니다.

furthur study

 

양파 표피세포와 구강 상피세포에서 세포질의 크기에 대한 핵의 크기를 비교, 차이점

 

양파의 표피세포는 구강 상피세포의 약 6배 이상의 면적을 가지고 있습니다. 하지만 핵의 면적은 두 세포 모두 비슷한 크기를 가지고 있었습니다. 이것은 식물세포내의 공간은 광합성을 위한 엽록체가 주로 존재하고 동물세포 내에서는 DNA를 저장하는 핵과 단백질을 만드는 리보솜이 중요하기 때문에 많은 비율을 차지한다고 사료됩니다.

 

 

동물세포와 식물세포의 차이점과 공통점 각각 3가지

 

1-1) 동물세포와 식물세포의 첫 번째 차이점은 동물세포는 세포막으로 둘러쌓여 있고 식물세포는 세포벽으로 구성되어 있다는 점입니다. 세포막은 인지질 이중층과 막 단백질로 이루어져 있는 유동적인 모자이크 구조입니다. 이때 유동성이 매우 중요한데 유동성이 있어야 세포막으로 물질들이 수송될 수 있습니다. 반대로 식물세포는 세포벽으로 구성되어 있습니다. 세포벽 외부에 얇게 1차세포벽이 있으며 그 뒤에 2차세포벽이 두껍게 구성되어 있습니다. 그리고 서로다른 1차세포벽과 1차세포벽 사이에는 중간 라멜라 라고하는 물질이 있습니다. 또한 세포벽에는 원형질연락사라고 하는 통로가 있어 물질이 출입합니다.

 

1-2) 두번째 차이점은 동물세포에는 없는데 식물세포에는 중심액포가 있다는 것입니다. 싱싱한 채소를 먹을 때 아삭아삭한 느낌이 드는 것도 이 중심액포 때문입니다. 액포는 식액포, 수축액포 ,중심액포가 있는데 식액포와 수축액포는 동물세포에 존재합니다. 식액포는 식세포 작용을 담당하고 수축액포는 원생생물이 세포 내의 염분을 일정하게 유지시켜 주는 역할을 담당합니다. 액포는 소포체와 골지체에서 만들어집니다.

 

1-3) 마지막 차이점은 식물세포보다 동물세포의 크기가 대체로 작다는 것입니다. 그 이유는 식물세포는 세포벽이 물질수송과 세포의 내외부 구분을 담당하기 때문에 구조적으로 더욱 안정적이기 때문이라고 사료됩니다. 세포벽이 세포막보다 견고하기 때문에 더욱 사이토졸을 지탱하는 더욱 견고한 울타리가 되기 때문에 크기가 비교적 커질 수 있는 것입니다. 이러한 크기차이는 현미경을 통해 관찰하였을 때 현저히 관찰이 가능합니다.

 

2-1) 식물세포와 동물세포의 공통점은 두 세포모두 핵이 관찰된다는 점입니다. 이 핵 속에는 DNA가 들어있어 어떤 종류의 단백질을 만들지를 결정합니다. 세포를 염색할 경우, 핵이 가장 진하게 염색되는 것을 관찰할 수 있습니다.

 

2-2) 두 번째 공통점은 식물세포와 동물세포 모두 ATP를 만드는 미토콘드리아가 존재한다는 점입니다. 원래 미토콘드리아는 별개의 생물이었는데 세포 속으로 흡수되어 공생하다가 소기관이 되었다고 생각되고 있습니다. 동물세포와 식물세포 모두 생명활동을 위해 필요한 에너지를 미토콘드리아로부터 얻습니다.

 

2-3) 마지막으로 식물세포는 세포벽에 원형질 연락사가 있어 물질이 출입되는데 동물세포는 막단백질 또는 수송단백질이 있어 물질의 출입을 선별적으로 진행한다는 점이 있습니다. 이러한 단백질은 인지질에 박혀 있는 integral proteins 와 막 외부에 붙어있는 peripheral proteins 로 구분됩니다. 막단백질은 6가지 역할을 담당하는데 수송, 효소작용, 신호전달, 세포간 식별, 상호연결, ECM과 세포골격에 붙는 역할로 구분됩니다. 막 단백질을 더욱 세분화해보면 channel proteins 와 carrier proteins 로 세분할 수가 있는데 channel proteins 는 물질이 막단백질을 통해 비교적 쉽게 이동할 수 있는 반면에 carrier proteins 는 물질을 단백질 속으로 흡수하고 ATP를 사용하여 단백질을 변화시켜 물질을 막 반대편으로 이동시킵니다.

 

reference

• Campbell biology 12th edition
• 네이버 지식백과 생물대백과
• 브리테니카 백과사전