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생물학 입문 (Introduction to Biology)
[정규강의] 연구에 초점을 둔 생물학 입문 (Introduction to Biology with Research Focus) 1강/총34강
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강의소개 

생물학에 대한 몇 가지 기본적인 이론과 후에 매우 흥미로운 생물학적 문제들에 적용시키는 것을 학습할수 있습니다.

※ 본 강의의 한글 스크립트 번역은 서은경님이 제공해 주셨습니다.

* MIT OCW 강의들은 SNOW에 의해서 번역되고 있습니다. MIT대학, MIT대학의 교수진들 및 MIT OCW는 SNOW가 번역한 스크립트를 검토하거나 승인하는 일과는 관계가 없습니다. MIT대학 및 MIT OCW는 SNOW의 번역물에 관련한 보증은 없으며, 상품성에 대한 보증과 특수한 목적, 사용 또는 적용을 위한 적합성 보증 및 모든 다른 의무와 책임을 포함하되 그에 제한되지 않고, 모든 다른 명시적 또는 묵시적 보증을 대체하고 배제합니다. MIT OCW는 번역 오류에 대해 어떠한 책임도 없으며 번역의 부정확함에 따른 어떠한 오류나 결함은 전적으로 MIT OCW가 아닌 SNOW에게 책임이 있다는 것을 명시하는 바입니다. (These MIT OpenCourseWare course materials have been translated into Korean by SNOW. The MIT faculty authors, MIT, or MIT OpenCourseWare have not reviewed or approved these translations, and MIT and MIT OpenCourseWare makes no representations or warranties of any kind concerning the translated materials, express or implied, including, without limitation, warranties of merchantability, fitness for a particular purpose, non-infringement, or the absence of errors, whether or not discoverable. MIT OpenCourseWare bears no responsibility for any inaccuracies in translation. Any inaccuracies or other defects contained in this material, due to inaccuracies in language translation, are the sole responsibility of SNOW and not MIT OpenCourseWare.)
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제가 오늘부터 계속해서 말씀드릴 내용은 생물학이 50년 전부터 과학으로 존재해왔다는 것입니다. 결과적으로 우리는 몇 가지 기본적인 이론에 대해 얘기할 수 있습니다. 이 기본적인 법칙을 배운 후에 매우 흥미로운 생물학적 문제들에 적용시켜 볼 수 있습니다. 
이번 학기의 중반까지는 현재 생물체들을 지배하는 기본적인 법칙에 대해 배울 예정입니다. 이후 학기의 후반부에는 특별한 문제에 대해 알아볼 것입니다. ; 어떻게 암세포가 비정상적으로 번식할 수 있는지, 어떻게 바이러스가 증식하는지, 어떻게 면역계나 신경계가 작동하는지, 줄기세포와 그들이 오늘날의 생물학에 어떻게 영향을 미치는지, 분자약학 그리고 마지막으로 앞으로의 생물학과 진화에 대해서도 배울 것입니다. 
중요한 사실은 우리가 현재 이해할 수 있는 많은 것들이 50년 전에는 상상도 못했었다는 것입니다. 이제 우리는 50년 전 사람들이 꿈도 꾸지 못했던 것에 대해 얘기할 수 있습니다. 제가 이 수업을 들을 1961년에는 우리가 현재 알고 있는 것의 80%도 알지 못했습니다. 
여러분은 물리학의 역학에 대해서도 전자공학의 회로법칙에 대해서도, 화학에 대해서도 명백히 말할 수 없습니다. 제가 이렇게 이야기 하는 이유는 생물학이란 분야가 지난 40년간 엄청나게 변화하였기 때문입니다. 
그러나 어떤 경우에도 이 분야는 굉장한 소란이 존재한다는 것을 기억해 주십시오. 그 예로 1953년 왓슨과 클릭으로부터 DNA의 이중나선구조가 밝혀지는 소동이 있습니다. 지난해에 저는 우리는 현재 왓슨과 클릭과 같은 시대에 살고 있고, 아마 지금으로부터 50년 후에도 이 발견을 매우 가깝게 여길 것이라고 말했습니다. 슬프게도, 몇 달 전에 두 발견자 중 한 명인 프란시스 클릭이 그의 80세 되던 해 생을 마감하면서, 그는 더 이상 우리와 함께 있지 않습니다. 하지만 제가 강조하고 싶은 것은 지금으로부터 200년 후의 사람들은 지금 우리가 물리학에서 아이삭 뉴턴에 대해 얘기 하듯이 왓슨과 클릭에 대해 얘기할 것이라는 것입니다. 왜냐하면 우리는 그들의 발견으로부터 시작된 굉장한 혁명의 일부분을 지각하기 시작하였기 때문입니다. 
삶이 실제적으로 어떻게 구성되는지에 대한 우리의 지각을 완전히 바꾼 것은 분자생물학과 유전학, 생화학 부분입니다. 지금까지 우리가 배워왔던 분야의 대부분은 매우 기술적인 과학 일 것입니다. 즉, 당신이 고등학교에서 다양한 유기체의 이름을 암기하고, 계통학적으로 어떻게 구성되는지등은 기억의 분야였습니다. 이번 학기의 목적은 우리가 전반적인 생물학적 법칙을 이용하여 어떻게 지구상의 모든 생명이 형성되는지를 설명할 수 있는 논리와 이론을 갖추는 것입니다. 더 이상 뒤죽박죽된 사실의 집단이 아닙니다. 게다가, 여러분이 이 분자학적 유전학적 이론을 마스터하게 되면, 더 넓은 범위의 다양한 생물 정역학적 이론을 이해할 수 있고, 이 분야의 문제를 해결하는데 적용할 수 있게 될 것입니다. 앞으로 반복적으로 강조할 것은 우리가 지금 얻은 많은 생물학적 결과물이 이미 지구의 모든 생물체들이 생겨났을 때부터 발전되어 왔다는 것입니다.  
따라서 지구의 역사를 바라본다면, 지구의 역사가 50억년이라고는 하나 그렇게 정확하지는 않습니다. 45억년일 수도, 40억이나 아니면 30억년일 수도 있습니다. 어쨌든, 50억년이란 것이 우리가 지금까지 연구해 온 것의 결과물입니다. 어떤 사람은 처음 25억년 동안은 생물체가 존재하지 않았다고 믿기도 합니다. 하지만 그 이후의 25억년 동안에는 지구 표면에 생물체가 존재하였다는 명백한 증거가 존재합니다. 그것 자체가 어떻게 진화의 과정이 일어났는지를 증명하고 있습니다. 우리는 이 우주상에 있는 행성들 중에 몇 개의 별에서 이와 비슷한 현상이 일어나는지 알지 못합니다. 또한 지구에서 발견된 이 해답이 다른 곳에서도 적용 될지는 알 수 없습니다. 예를 들어, 다윈의 진화론을 확장시켜 이 행성의 모든 생물체에 적용시킬 수 있습니다. 다윈의 진화론은 매우 논리적이고 지구상의 어쩌면 우주상의 모든 생물체의 바이오시스템에 적용이 가능할 지도 모릅니다. 하지만 몇 가지 이론들은 지구에서만 적용되는 특별한 사실일지도 모릅니다. DNA이중나선구조, 데옥시라이보즈의 라이보즈의 사용, 단백질을 만들기 위해 아미노산을 선택이 그것입니다. 이 중요한 해답은 우주의 보편적인 진실이 아닐 수도 있습니다. 하지만 중요한 사실은 오늘날 세포의 생화학적 분자학적 특성이 20억년 30억년 이전부터 시작되어왔다는 것입니다. 그리고 이 특성들이 그 수십억 년의 시간동안 변하지 않고 지속되어왔다는 것입니다. 즉, 이 특성을 진화론적 관점에서의 이론적인 사실로 가정하고 많은 곳에 적용할 수 있다는 것입니다. 진화의 관점에서는 모든 동물들이 생화학적, 생리학적으로 동일합니다.  
모든 진핵생물의 분자 생물학은 동일합니다. 따라서 이번 학기동안 우리는 특별한 종에 포커스를 맞추지 않고 지구상의 모든 종에 적용시킬 수 있는 보편적인 이론들에 포커스를 맞출 것입니다. 인간과 같은 다세포 생물은 체내의 13번째 세포가 30또는 40, 50개가 존재합니다. 평균적인 인간은 일생동안 16번째 세포가 10번 정도 세포분열을 합니다. 이 사실을 통해 하루의 총 시간으로 나누어 어느 정도의 속도로 세포 분열이 일어나는 지 계산할 수 있을 것입니다. 
이 과정들은 아마 5500만년에서 6000만년전에 다세포로 진화하면서부터 시작되었을 것입니다. 그전에는 단세포들만 존재하였습니다. 예를 들어, 그 중 효모와 유사한 유기체, 박테리아는 오늘날에도 존재합니다. 우리는 현존하는 생물체 중에 박테리아와 같은 것들을 원핵생물(prokaryotic)로, 복잡한 구조를 가지고 핵을 가지고 있는 것을 진핵생물(eukaryotic)로 정의하였습니다. 원핵생물은 약 30억 또는 35억년부터 존재하였고 약 15억 년 전에 진화하여 핵을 가지게 되었습니다. 그리고 핵을 가진 진핵세포들의 세포막과 구조가 복잡화 되었습니다. 이 핵을 가지 세포들은 이후 7000만년 또는 8000만년 이후부터 단세포로 존재하였고, 이후에 다세포로 진화하여 오늘날의 다세포 생물체의 시초를 이루었습니다. 이후 인간이라는 종은 지구상에 150,000년 전에 등장하게 되었습니다. 150,000년이라는 시간이 길게 들릴지도 모르겠지만 우주의 역사가 13억년~15억년이라는 것이 비춰보면 사실은 눈 깜짝 할 만큼의 시간입니다. 즉, 인간의 역사는 우주의 역사의 매우 단편적인 일부입니다. 
여기서 볼 수 있듯이, 화석은 진화의 증거가 됩니다. 3000만년에서 4000만 년 전까지 있었던 식물들에 대해서는 그들이 존재했던 시기를 이론적으로 추정할 수 있습니다. 또 다른 분류에 대해 얘기 한다면, 후생동물(metazoa)과 원생동물(protozoa)라 나눌 수 있습니다. zoa라는 접미사는 동물을 지칭합니다. 즉, 원생동물라는 것은 단세포 유기체를, 후생동물은 다세포 유기체를 의미합니다. 이번 학기동안 우리는 후생동물의 생물학에 초점을 맞추고 식물에 대해서는 공부하지 않을 것입니다. 식물이 중요하지 않다는 말은 아닙니다. 단지 모든 것에 대해 공부할 시간이 충분하지 않기 때문입니다. 사실 이번학기동안 여러분들이 배울 분자 생물학은 궁극적으로 metaphyta라고 불리는 다세포 생물의 생리학을 전반적으로 이해하는 것입니다. 
그래서 Dr. Lander와 제가 가끔씩 그것을 깨닫게 하기 위해 어려운 단어를 사용할 것입니다. 매학기 학생들이 제게 와서 ‘Weinberg교수님, 왜 간단하게 설명해 주시지 않으십니까?’하고 질문하는데, 제가 이 단어들을 사용하는 이유가 여러분들의 어휘실력을 넓혀주기 위해서입니다. 여러분이 집에서 해야 할 과제 중 하나가 어휘실력을 향상시키는 것입니다. 과학적 단어만이 아니라 일상에서의 단어도 말이죠. 아마도 이 수업의 목표가 얼마나 여러분들이 유기체들과 세포의 이름을 잘 외우는 가가 아니라 얼마나 이론적이고 과학적으로 현상을 설명하는 지이기 때문이죠. 수업을 위해서가 아니라 여러분을 위해서 도움이 될 것이라 생각합니다. 우리는 암기에 중요성을 두기보다는 논리적이고 과학적인 문제를 생각할 수 있는 능력에 초점을 둘 것입니다.  
여기서 후생동물의 다양한 종류를 볼 수 있습니다. 이것은 후생동물이고 이것은 원생동물입니다. 여기서 우리는 우리의 문(門, phylum)을 볼 수 있고, 척색동물을 볼 수 있습니다. 그리고 이 선이 5500만년에서 6000만년를 의미한다는 것을 기억하도록 합니다. 
이 수업동안 계속 듣게 될 내용은 모든 지구상의 생물체들의 형성이 서로 연관되어 일어난다는 것입니다. 독립적인 여러 번의 창조에 의해서 독립적인 생물체들이 지구상에 등장하는 것이 아닙니다. 대체적이고 경쟁적인 삶의 형태가 앞서 있던 30억 년 전의 단세포 유기체같은 조상의 모습을 없애고 새로 생겨난 것입니다. 따라서 오늘날 존재하는 모든 것은 과거에 존재하는 것들 중에 우수한 것의 집단이라고 말할 수 있습니다. 여기에 모든 무생동물의 관계도가 있습니다. 이 계통학에 대해 공부하는 대신 이 모든 것을 이해할 수 있는 이론을 배울 것입니다. 이 유기체들이 음식을 소화시키고 번식을 하는 방법만을 배우지 않을 것입니다. 이것 또한 우리가 공부하지 않을 것들입니다. 복잡한 생명의 형성에 대해서는 배우지 않고, 생태학에 대해서는 조금만 공부할 것입니다. 기생충이 어떻게 기능하는지, 촌충이 어떻게 사람을 공격하는지 등은 배우지 않을 것입니다. 또한 생물권에서 생명이 존재하는 방법이라든지, 해부학도 마찬가지입니다. 여기에 여러분들이 고등학교에서 배운 해부학의 내용이 있습니다. 3초를 주겠습니다. 3초란 우리가 이 모든 것을 공부하지 않겠다는 말입니다. 대신에 수업의 핵심을 강조하기 위해서, 우리 자신을 생물권의 일부로 한정지으려 합니다. 
여기 생물권을 묘사하는 한가지 방법이 있습니다. 멋대로인 것처럼 보이지만 꽤 잘 설명되어 있습니다. 분자부터 시작합니다. 분자가 모여 형성된 복잡한 세포 소기관에 대해서도 배울 것입니다. 이것은 세포 안에 있는 특수화된 조그만 조직입니다. 또한 세포에도 초점을 맞출 것입니다. 조직부터는 자세히 배우지 않을 것입니다. 유기체와 기관, 전체 유기체나 복잡한 생태학적인 것에 대해서도 공부하지 않을 것입니다. 40년간 이것들에 대해 수업하지 않았었는데, 원래 학습하는 분자, 세포 소기관, 조직만을 공부해서 얻은 이론으로 그 이상의 단계에 적용할 수 있기 때문입니다. 사실, 이론적으로는 그 이론들을 유기체나 뇌의 작용들에 정확이 적용할 수는 없습니다. 아마 영원히 불가능하지도 모릅니다. 하지만, 실제적으로 이 이론들을 배우면 발생학적으로도, 질병에 관해서도, 질병의 유전문제와 유기체들의 형태에 대해서도 이해할 수 있습니다. 따라서, 이 모든 것에 대해 배우려고 수업에 들어오신 거라면, 실망하게 될지도 모릅니다. 하지만 앞서 말한 사항에 대해서는 수업 하지 않을 것입니다. 우리가 배울 세 가지를 통해 우주까지 범위를 넓힐 수 있는데, 우리가 우리자신을 우주에 비해 매우 작은 존재라고 여기기 때문입니다. 때로 우리는 자신을 광학 현미경으로도 관측할 수 없는 아주 작은 존재로 간주하기도 합니다. 이 때 우리는 우리의 시각을 mm단위까지 넓힐 수 있습니다. 우리가 보는 것이 진실일 수도 있고 아닐 수도 있지만, 보통 광학현미경이나 전자 현미경을 통해 우리가 눈으로 관측할 수 있기 때문에, 분자의 세부사항을 연구하고 이해할 수 있습니다.  
50년 전에 우리는 어떤 목적이었든 이 모든 것을 할 수 없었습니다. 또한 우리는 이 혁명과 너무나도 가까워 이 결과를 제대로 이해하지 못하고 있습니다. 제 생각에 51년 전에 시작된 것의 부수적인 결과를 이해하기 위해서는 지금부터 50년이 더 걸릴 것 같습니다. 여러분은 그 과정에 있고, 제 세대가 경험했던 것 보다 더 많은 것을 겪을 수 있습니다.  
사실 MIT는 10~12년전에 화학, 수학이 지식이 이론적 방법으로 지식을 통합하기 위한 기본적인 과정이라고 여겨지듯이, 모든 MIT의 대학생들이 생물학도 한 학기의 수업을 들어야 한다고 결정했었습니다. 공공 정책의 관점에서도, 윤리적 관점에서도 무엇이 어떻게 돌아가는지 알 필요가 있습니다. 생명윤리학에 대한 오늘날의 많은 이슈들이 이번학기에 우리가 배울 내용도 제대로 알지 못하는 사람들에 대해 토론되고 있습니다. 여러분들은 그들보다 더 많이 알게 될 것이고, 사회에서 큰 목소리를 내게 될 때, 이 수업에서 이용한 내용을 토대로 토론할 수 있게 될 것입니다. 지금은 많은 생물 윤리학적 토론이 라이보솜이나 마이토콘드리아, 심지어 유전자에 대해서도 모르는 많은 사람들에 의해 얘기 되고 있어서, 무지를 나누고 있는 것과 같습니다. 
이것이 우리가 이번 학기의 대부분을 소요하게 될 세포의 집합체가 있습니다. 원핵세포가 아닌 진핵세포입니다.  
이것은 핵입니다. karion이라는 단어는 그리스로부터 유래되엇으며, 씨나 낟알 이라는 의미입니다. 핵이 진핵세포에 이름을 주는 것입니다. 핵 안에는, 지금은 보이지 않지만 DNA를 운반하는 염색체가 있습니다. 아마 오래전에 배운 적이 있을 것입니다. 핵 바깥부분부터 핵막까지 많은 세포소기관이 있고, 여기서 제가 강조하는 부분은 세포로부터 밖으로 나가는 모든 과정입니다. 
세포의 외막은 원형질막(plasma membrane)입니다. 핵과 원형질막 사이에는 많은 생물학적 생화학적 활동이 일어납니다. 예를 들어, 여기에 마이토콘드리아가 있습니다. 이미 배웠듯이 이것은 세포에서 에너지를 생산하는 부분입니다. 
이것은 마이토콘드리아의 모양을 도식화한 것입니다. 도식화란 것은 실제의 모양보다 조금 간단하게 그려진 형태입니다. 하지만 이를 통해 기본적인 외형에 대한 컨셉을 생각할 수 있습니다. 이것은 잘려진 단면입니다. 흥미롭게도, 마이토콘드리아는 자체적으로 DNA를 가지고 있습니다. 몇몇의 학생들은 마이토콘드리아가 박테리아가 약 15억년 전 세포 안으로 교묘하게 들어가서 그들의 특정한 역할, 에너지를 만드는 역할을 하게 되었다고 생각했을 것입니다. 오늘날 마이토콘드리아는 세포의 세포질에 기생하는 것과 같은 박테리아의 형태를 유지하고 있습니다. 제가 기생에 대해 얘기할 때, 여러분들은 마이토콘드리아가 세포 안에서 어떤 이득을 보고 있다고 생각할 지도 모르겠습니다. 하지만 사실 마이토콘드리아는 세포 안에서 에너지 생산이라는 중요한 역할을 대표하고 있습니다. 여러분이 청산가리를 복용해서 얻는 결과를 생각해 볼 때, 마이토콘드리아 없이는 우리의 삶을 몇 분도 지속하기 어렵습니다. 마이토콘드리에서 찾아 볼 수 있는 박테리아의 흔적은 그들 스스로의 DNA를 가지고 있고, 염색체가 있다는 것입니다. 그들은 자체의 라이보솜이 있고, 단백질 합성의 특성을 가지고 있습니다. 즉, 박테리아의 단백질을 형성하는 기능을 마이토콘드리아가 가지고 있어 에너지를 생성하는 중요한 기능을 하는 것입니다. 
이것은 골지체입니다. 골지체는 세포막을 형성합니다. 이번 학기에 배울 테지만, 세포막은 끊임없이 변화하고 새롭게 형성되고 재보수됩니다. 골지체가 그것에 매우 중요한 역할을 하는 것입니다. 이것은 소포체(endoplasmic reticulum, ER)입니다. 이것은 단백질을 형성하는 역할을 하며 이 단백질은 세포 표면으로 가서 외부로 나가게 됩니다.  
이것은 조금전에 간략하게 설명하였던 라이보솜(ribosome)입니다. 이것은 단백질이 형성되는 공장과 같습니다. 다음번에 더 자세히 배울 것입니다. 마지막으로, 여기 몇가지 모양들이 세포골격입니다. 세포에 물리적으로 통합된 구조입니다. 이들은 세포를 단단하게 유지하며, 형태의 변화를 유도하는 외부의 자극에 대한 저항을 띄게 하고, 세포를 이동하는 역할을 합니다. 세포는 사실 한 부분에서 다른 부분으로 이동할 수 있습니다. 
반면, 이것은 원핵세포의 형태를 보여주고 있습니다. 그저 느껴보십시오. 먼저, 이것은 이전에 얘기하였던 마이토콘드리아와 유사합니다. 하지만 핵막이 존재하지 않습니다. 복잡한 세포구조도 없습니다. cyto란 cell을 의미합니다. 사실, 모든 박테리아가 가지고 있는 것은 이 가운데 부분입니다. 이것이 핵양체(nucleoid)입니다. 
이것은 박테리아 염색체의 DNA의 집합을 의미합니다. 대부분의 박테리아에 DNA는 DNA의 단분자로 존재하고 박테리아의 유전정보를 운반하는 역할을 합니다. 핵양체에는 막이 없습니다. DNA가 있는 바깥부분은 단백질이 합성되는 라이보좀(ribosome)이 대부분을 차지하고 있습니다. 진핵세포와 유사하게 원형질막이 있습니다. 
그 원형질막 바깥으로 외막이라고 불리는 그물망이 있습니다. 박테리아에서는 그 구조를 유지시켜 주는 역할을 하는 세포벽이라고 불립니다. 여기 진핵세포의 또 다른 그림이 있습니다. 이것이 식물세포의 형태입니다. 두 가지 특성만 제외하면 우리 신체 내의 세포와 거의 동일합니다. 
한 가지는 엽록체(chloroplast)입니다. 기생 박테리아가 진핵세포의 세포질 내로 들어가면서 생기게 된 흔적이라도 생각할 것입니다. 마이토콘드리아의 에너지 형성과 같이, 이 엽록체가 빛을 받아서 식물의 에너지로 변환시킵니다. 나머지 세포질의 형태는 거의 동일합니다. 또다른 특성은 핵의 중간부분의 핵인(nucleolus)입니다. 여기서 핵에서 세포질로 이동하는 라이보좀을 만드는 역할을 합니다. 이미 언급했듯이, 라이보좀은 단백질을 합성합니다.  
이것은 대부분 세포의 대표적 합성입니다. 우리 자신과 같은 세포는 세포질 내에 500~1000만의 라이보솜을 가지고 있습니다. 따라서 이것은 세포질의 단백질합성 기능에 비추어볼 때, 엄청난 양의 생물 자원입니다. 또한 우리가 배울 테지만, 라이보솜에 의해 합성된 단백질은 영원히 존재하지 않습니다. 어떤 것들은 오랫동안 존재할 테지만 몇몇은 분해되기까지 15분 정도만이 소요되기도 합니다. 후생동물과 또 다른 차이점은 박테리아의 세포벽과 유사한 외부에 있는 세포벽입니다. 이미 언급했듯이, 인간은 세포외에 세포벽이 없습니다. 앞으로도 없을 거구요. 수업이 진행되면서, 처음 반 학기 동안 이 세포골격의 차이에 대해 더 자세한 상황에 대해 공부하게 될 것입니다. 예를 들어, 여기 소포체(endoplasmic reticulum)의 모형이 있습니다. 왜 이것의 이름이 이렇게 복잡한지는 설명해 줄 수 없습니다. 주로 ER이라고 부립니다. ER은 세포막의 일부입니다. 항상 세포막이라는 것이 원형질막만을 의미하지 않는다는 것을 기업하세요. 세포질 내에 다양한 모양으로 접혀진 수백만의 세포막이 존재합니다. 여기 묘사되어 있습니다. 이 중 튜브모양으로 생긴 일부분은 라이보솜이 부족해서 울퉁불퉁하게 생긴 형태 때문에 과립성내형질세망(rough ER)이라고 불립니다. 앞으로 배울테지만, 이번 학기동안 우리가 배울 내용에 대한 개략적인 형태를 느끼게 해 주기 위해서 설명하자면, 이 ER 표면의 라이보솜은 매우 특성화된 단백질을 만드는데 이 단백질은 세포 표면에 부착하거나 세포 밖으로 빠져나가는 역할을 합니다. 대부분의 단백질일 세포 내에 머무르는 것이 아니라 세포 밖으로 빠져나가 그들의 중요한 기능을 하기 때문에 우리는 이 부분에 포커스를 맞추게 될 것입니다.  
이것이 전자현미경을 통해 봤을 때의 모양입니다. 이것이 rough ER이고, 이전에 보여준 적이 있습니다. 왜 거칠다고 불리는지 알겠죠. 이 모든 검은 점이 라이보솜입니다. 이것이 골지체입니다. 여기에 소포(vesicle)이 있습니다. 소포는 간단히 막이 있는 주머니입니다. 우리는 이것에 대해 우리의 많은 시간을 들이지 않을 것입니다. 그저 오늘 이렇게 설명함으로 인해 앞으로 배우게 될 세포와 기관 내 분자에 대해 배우기 위해서입니다. 이것은 마이토 콘드리아입니다. 앞서 봤던 도식화된 그림과 유사하지는 하지만 일치하지는 않습니다. 
미리 말씀드렸듯이 우리 세포 내의 마이토콘드리아가 기생 박테리아로부터 유래된 것이라는 것을 기억하세요. 이것은 ER입니다. 여기 있는 ER은 막을 형성하는데 이용됩니다. 이 ER은 단백질의 합성과 방출에 이용됩니다. 
다음주부터 본격적으로 배우 내용은 세포의 염색체(chromosome)와 염색질(chromatin)에 있는 유전정보를 운반하는 핵입니다. 즉, 염색질이라는 단어는 DNA와 단백질이 섞여 염색체를 만드는 것을 의미합니다. 염색질은 DNA와 단백질, 그리고 RNA를 가지고 있습니다. 이 중에서 우리는 DNA에 초점을 맞출 것입니다. 왜냐하면 DNA를 학습하면 다른 것도 마찬가지로 이해할 수 있기 때문입니다. 세포표면에 대해서는 이미 말씀드렸듯이 원형질막이 있으며 이것은 매우 복잡한 구조를 하고 있습니다. 
원형질막을 보면, 이것은 지질로 구성되어 있습니다. 대부분이 인지질(phospholipid)입니다. 이것에 대해 짧게 얘기하면, 여기에서 볼 수 있듯이 세포 외부에 내부와 연결하는 많은 단백질이 존재하는데 이것이 외부 환경을 인식하는데 매우 중요한 역할을 합니다. 이 원형질막은 세포 내부와 외부를 경계짓는 역할을 합니다. 하지만 동시에 연결하는 역할을 합니다. 그리고 7000~8000만년전부터 존재했던 문제는 어떻게 세포 외부와 내부의 정보를 연결할 수 있느냐 였습니다. 세포들은 여기서 보여드렸듯이 외부와 내부의 연결과 수송을 위해 많은 다른 단백질을 형성합니다. 따라서 이 원형질막의 존재가 내부와 외부를 연결짓는 것을 의미합니다. 하지만 이것은 동시에 앞서 의미한 수송에 대한 방해물이 되기도 합니다. 따라서 이 많은 수송단백질들이 그 수송의 문제를 해결하는 것입니다. 세포골격을 다시 한번 보십시오. 세포골격이란 이미 말한 세포의 견고성을 위한 단백질의 네트워크 집단을 의미합니다. 접두사 cyto와 접미사 cyt는 세포를 의미한다는 것을 항상 기억하도록 합니다. 이 세포골격이 세포가 형태를 가질 수 있도록 해 줍니다. 여기서는 그 구조가 매우 단순하게 그려져 있지만 여기서는 복잡하게 그려져 있습니다. 이것을 통해 세포 내부가 얼마나 복잡한지를 볼 수 있습니다. 여기 이 단백질들이 있습니다. mesenchymal세포에 많이 존재하는 vimentin이라고 불리는 단백질 복합체입니다. 이것은 다른 종류의 단백질로 만들어진 microtubule입니다.  
이것은 액틴(actin)분자를 만들어내는 미세섬유(microfilament)입니다. 액틴분자를 살펴보면, 많은 액틴분자의 끝과 끝이 접합된 중합체입니다. 여기 현미경을 통해 한 세포의 끝에서 다른 세포의 끝을 볼 수 있습니다. 또한 어떻게 이 분자들이 견고함을 유지하고 세포가 수축하고 이동할 수 있도록 하는지 알 수 있습니다. 어떤 사람들은 세포의 내부가 그저 몇 개의 분자가 떠다니는 물과 같다고 생각할지도 모릅니다. 하지만 실제로 무엇이 존재하는지 보게 된다면 그 중 50%가 단백질입니다. 모든 것이 자유롭게 이동하는 부분은 액체 용매가 아닙니다. 매우 점액질의 물질입니다. 따라서 많은 세포들이 여기저기로 이동하기가 쉽지 않습니다. 여기서 앞으로 우리가 강조하며 수업하게 될 개별 분자와 세포골격이 어떻게 연결되는지를 나타내고 있습니다. 이것이 액틴입니다. 방금 전에 한 끝에서 다른 끝으로 늘어지는 것을 설명한 것입니다. 이 작은 소구체들이 개별적인 액틴이며, 이것이 중합되어 액틴 세포골격을 이룹니다. 이것이 중간의 섬유이며, 이것이 형성된 미세소관(microtubule)입니다. 
수업을 조금 일찍 끝내도록 하겠습니다. 
 
* MIT OCW 강의들은 SNOW에 의해서 번역되고 있습니다. MIT대학, MIT대학의 교수진들 및 MIT OCW는 SNOW가 번역한 스크립트를 검토하거나 승인하는 일과는 관계가 없습니다. MIT대학 및 MIT OCW는 SNOW의 번역물에 관련한 보증은 없으며, 상품성에 대한 보증과 특수한 목적, 사용 또는 적용을 위한 적합성 보증 및 모든 다른 의무와 책임을 포함하되 그에 제한되지 않고, 모든 다른 명시적 또는 묵시적 보증을 대체하고 배제합니다. MIT OCW는 번역 오류에 대해 어떠한 책임도 없으며 번역의 부정확함에 따른 어떠한 오류나 결함은 전적으로 MIT OCW가 아닌 SNOW에게 책임이 있다는 것을 명시하는 바입니다. (These MIT OpenCourseWare course materials have been translated into Korean by SNOW. The MIT faculty authors, MIT, or MIT OpenCourseWare have not reviewed or approved these translations, and MIT and MIT OpenCourseWare makes no representations or warranties of any kind concerning the translated materials, express or implied, including, without limitation, warranties of merchantability, fitness for a particular purpose, non-infringement, or the absence of errors, whether or not discoverable. MIT OpenCourseWare bears no responsibility for any inaccuracies in translation. Any inaccuracies or other defects contained in this material, due to inaccuracies in language translation, are the sole responsibility of SNOW and not MIT OpenCourseWare.)
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7.012 Introduction to Biology, Fall 2004 Transcript ? Lecture 1  
As I'm going to argue repeatedly today, biology has become a science over the last 50 years. And, as a consequence, we can talk about some basic principles. We can talk about some laws and then begin to apply them to very interesting biological problems. And so our general strategy this semester, as it has been in the past, is to spend roughly the first half of the semester talking about the basic laws and rules that govern all forms of biological life on this planet.  
And you can see some of the specific kinds of problems, including the problem of cancer, how cancer cells begin to grow abnormally, how viruses proliferate, how the immune system functions, how the nervous system functions, stem cells and how they work and their impact on modern biology, molecular medicine, and finally perhaps the future of biology and even certain aspects of evolution.  
The fact of the matter is that we now understand lots of these things in ways that were inconceivable 50 years ago. And now we could begin to talk about things that 50 years ago people could not have dreamt of. When I took this course, and I did take it in 1961, we didn’t know about 80% of what we now know.  
You cannot say that about mechanics in physics, you cannot say that about circuit theory in electronics, and you cannot say that, obviously, about chemistry. And I’m mentioning that to you simply because this field has changed enormously over the ensuing four decades. I won’t tell you what grade I got in 7.01 because if I would, and you might pry it out of me later in the semester, you probably would never show up again in lecture.  
But in any case, please know that this has been an area of enormous ferment. And the reason it’s been in such enormous ferment is of the discovery in 1953 by Watson and Crick of the structure of the DNA double helix. Last year I said that we were so close to this discovery that both Watson and Crick are alive and with us and metabolically active, and more than 50 years, well, exactly 50 years after the discovery.  
Sadly, several months ago one of the two characters, Francis Crick died well into his eighties, and so he is no longer with us. But I want to impress on you the notion that 200 years from now, we will talk about Watson and Crick the same way that people talk about Isaac Newton in terms of physics. And that will be so because we are only beginning to perceive the ramifications of this enormous revolution that was triggered by their discovery.  
That is the field of molecular biology and genetics and biochemistry which has totally changed our perceptions of how life on Earth is actually organized. Much of the biology to which you may have been exposed until now has been a highly descriptive science. That is you may have had courses in high school where you had to memorize the names of different organisms, where you had to understand how evolutionary phylogenies were organized, where you had to learn the names of different organelles, and that biology was, for you, a field of memorization.  
And one point we would like, hopefully successfully, to drive home this semester is the notion that biology has now achieved a logical and rational coherence that allows us to articulate a whole set of rules that explain how all life forms on this planet are organized. It’s no longer just a collection of jumbled facts.  
Indeed, if one masters these molecular and genetic principles, one can understand in principle a large number of processes that exist in the biosphere and begin to apply one’s molecular biology to solving new problems in this arena. One of the important ideas that we’ll refer to repeatedly this semester is the fact that many of the biological attributes that we posses now were already developed a very long time ago early in the inception of life on this planet.  
So if we look at the history of Earth, here the history of Earth is given as 5 billion years, this is in thousands obviously. The Earth is probably not that old. It’s probably 4.5 or 4 or 3 billion years but, anyhow, that’s when the planet first aggregated, as far as we know. One believes that no life existed for perhaps the first half billion years, but after half a billion years, which is a lot of time to be sure, there already begins to be traces of life forms on the surface of this planet.  
And that, itself, is an extraordinary testimonial, a testimonial to how evolutionary processes occur. We don’t know how many planets there are in the universe where similar things happened. And we don’t know whether the solution that were arrived at by other life systems in other places in the universe, which we may or may not ever discover, were the similar solutions to the ones that have been arrived at here.  
It’s clear, for example, that to the extent that Darwinian Evolution governs the development of life forms on this planet that is not an artifact of the Earth. Darwinian Evolution is a logic which is applicable to all life forms and all biosystems that may exist in the universe, even the ones we have not discovered. However, there are specific solutions that were arrived at during the development of life on Earth which may be peculiar to Earth. The structure of the DNA double helix.  
The use of ribose in deoxyribose. The choice of amino acids to make proteins. And those specific solutions may not be universal. Whether they’re universal in the sense of existing in all life forms across the planet, the fact is that many of the biochemical and molecular solutions that are represented in our own cells today, these solutions, these problems were solved already 2 and 3 billion years ago.  
And once they were solved they were kept and conserved almost unchanged for the intervening 2 or 3 billion years. And that strong degree of conservation means that we can begin to figure out what these principles were early on in evolution of life on this planet and begin to apply them to all modern life forms. From the point of view of evolution, almost all animals are identical in terms of their biochemistry and in terms of their physiology.  
The molecular biology of all eukaryotic cells, that is all cells that have nuclei in them, is almost the same. And, therefore, we’re not going to focus much in this course this semester on specific species but rather focus on general principles that would allow us to understand the cells and the tissues and the physiological processes that are applicable to all species on the surface of the planet. Let’s just look here and get us some perspective on this because, the fact of the matter is, is that multicellular life forms, like ourselves, we have, the average human being has roughly three or four or five times ten to the thirteenth cells in the body.  
That’s an interesting figure. The average human being goes through roughly ten to the sixteenth cell divisions in a lifetime, i.e. ten to the sixteenth times in your body there will be cells that divide, grow and divide. Every day in your body there are roughly ten to the eleventh cells that grow and divide. Think of that, ten to the eleventh. And you can divide that by the number of minutes in a day and come up with an astounding degree of cellular replication going on.  
All of these processes can be traceable back to solutions that were arrived at very early in the evolution of life on this planet, perhaps 550, 600 million years ago when the first multicellular life forms began to evolve. Before that time, that is to say before 500 to 600 million years ago, there were single-cell organisms.  
For example, many of them survive to this day. There were yeast-like organisms. And there were bacteria. And we make one large and major distinction between the two major life forms on the planet in terms of cells. One are the prokaryotic cells. And these are the cells of bacteria, I’ll show you an image of them shortly, which lack nuclei.  
And the eukaryotic cells which poses nuclei and indeed have a highly complex cytoplasm and overall cellular architecture. We think that the prokaryotic life forms on this planet evolved first probably on the order of 3 billion years ago, maybe 3.5 billion years ago, and that about 1.5 billion years ago cells evolved that contained nuclei. Again, I’ll show them to you shortly.  
And these nucleated cells, the eukaryotes then existed in single-cell form for perhaps the next 700 or 800 million years until multi-cellular aggregates of eukaryotic cells first assembled to become the ancestors of the multi-cellular plants and the multi-cellular animals that exist on the surface of the Earth today. To put that in perspective, our species has only been on the planet for about 150,000 years. So we’ve all been here for that period of time.  
And a 150,000 sounds like a long time, in one sense, but it’s just ?ia blink in the eye of the Lord?i as one says in terms of the history of life on this planet, and obviously the history of the universe which is somewhere between 13 and 15 billion years old. You can begin to see that the appearance of humans represents a very small segment of the entire history of life on this planet.  
And here you can roughly see the way that life has developed during this period of time from the fossil record. You see that many plants actually go back a reasonable length of time, but not more than maybe 300 or 400 million years. Here are the Metazoa. And this represents Well, can you hear me? Wow, 614 came in handy. OK. So if we talk about another major division, we talk about protozoa and metazoa. The suffix zoa refers to animals, as in a zoo. And the protozoa represents single-cell organisms.  
The metazoa represent multi-cellular organisms. And we’re going to be focusing largely on the biology of metazoan cells this semester, and we’re going to be spending almost no time on plants. It’s not that plants aren’t important. It’s just that we don’t have time to cover everything. And, indeed, the molecular biology that you learn this semester will ultimately enable you to understand much about the physiology of multi-cellular plants which happen to be called metaphyta, a term you may never hear again in your entire life after today.  
That reminds me, by the way, that both Dr. Lander and I sometimes use big words. And people come up to me afterwards each semester each year and say Professor Weinberg, why don’t you talk simple, why don’t you talk the way we heard things in high school? And please understand that if I use big words sometimes it’s to broaden your vocabulary so you can learn big words.  
One of the things you should be able, one of the big take-home lessons of this course should be that your vocabulary is expanded. Not just your scientific vocabulary but your general working English vocabulary. Perhaps the biggest goal of this course, by the way, is not that you learn the names of all the organelles and cells but that you learn how to think in a scientific and rational way. Not just because of this course but that this course helps you to do so.  
And as such, we don’t place that much emphasis on memorization but to be able to think logically about scientific problems. Here we can begin to see the different kinds of metazoa, the animals. Here are the metaphyta and here are the protozoa, different words for all of these. And here we see our own phylum, the chordates. And, again, keep in mind that this line right down here is about 550 to 600 million years ago, just to give you a time scale for what’s been going on, on this planet.  
One point we’ll return to repeatedly throughout the semester is that all life forms on this planet are related to one another. It’s not as if life was invented multiple times on this planet and that there are multiple independent inventions to the extent that life arose more than once on this planet, and it may have. The other alternative or competing life forms were soon wiped out by our ancestors, our single-cellular ancestors 3 billion years ago.  
And, therefore, everything that exists today on this planet represents the descendents of that successful group of cells that existed a very long time ago. Here we have all this family tree of the different metazoan forms that have been created by the florid hand of evolution. And we’re not going to study those phylogenies simply because we want to understand principles that explain all of them.  
Not just how this or that particular organism is able to digest its food or is able to reproduce. Here’s another thing we’re not going to talk about. We’re not going to talk about complicated life forms. We’re not going to talk very much, in fact hardly at all, about ecology. This is just one such thing, the way that a parasite is able to, a tapeworm is able to infect people. This is, again, I’m showing you this not to say this is what we’re going to talk about, we’re not going to talk about that. We’re not going to talk about that.  
There’s a wealth of detail that’s known about the way life exists in the biosphere that we’re simply going to turn our backs on by focusing on some basic principles. We’re also not going to talk about anatomy. Here in quick order are some of the anatomies you may have learned about in high school, and I’m giving them to you each with a three-second minute, a three-second showing to say we’re not going to do all this. And rather just to reinforce our focus, we’re going to limit ourselves to a very finite part of the biosphere.  
And here is one way of depicting the biosphere. It’s obviously an arbitrary way of doing so but it’s quite illustrative. Here we start from molecules. And, in fact, we will occasionally go down to submolecular atoms. And here’s the next dimension of complexity, organelles. That is these specialized little organs within cells. We’re going to focus on them as well. We’re going to focus on cells. And when we start getting to tissues, we’re going to start not talking so much about them.  
And we’re not going to talk about organisms and organs or entire organisms or higher complex ecological communities. And the reason we’re doing that is that for 40 years in this department, and increasingly in the rest of the world there is the acceptance of the notion that if we understand what goes on down here in these first three steps, we can understand almost everything else in principle.  
 
Of course, in practice we may not be able to apply those principles to how an organism works or to how the human brain works yet. Maybe we never will. But, in general, if one begins to understand these principles down here, one can understand much about how organismic embryologic develop occurs, one can understand a lot about a whole variety of disease processes, one can understand how one inherits disease susceptibilities, and one can understand why many organisms look the way they do, i.e. the process of developmental biology.  
And so, keep in mind that if you came to hear about all of these things, we’re going to let you down. That’s not what this is going to be about. This also dictates the dimensions of the universe that we’re going to talk about because we’re going to limit ourselves to the very, very small and not to the microscopic. On some occasions we’ll limit ourselves to items that are so small you cannot see them in the light microscope.  
On other occasions we may widen our gaze to look at things that are as large as a millimeter, but basically we’re staying very, very small. Again, because we view, correctly or not, the fact that the big processes can be understood by delving into the molecular details of what happens invisibly and cannot be seen by most ways of visualizing things, including the light and often even the electron microscope.  
Keep in mind that 50 years ago we didn’t know any of this, for all practical purposes, or very little of this. And keep in mind that we’re so close to this revolution that we don’t really understand its ramifications. I imagine it will be another 50 years before we really begin to appreciate the fallout, the long-term consequences of this revolution in biology which began 51 years ago. And so you’re part of that and you’re going to experience it much more than my generation did.  
And indeed one of the reasons why MIT decided about 10 or 12 years ago that every MIT undergraduate needed to have at least one semester of biology is that biology, in the same way as physics and chemistry and math, has become an integral part of every educated person’s knowledge-base in terms of their ability to deal with the world in a rational way.  
In terms of public policy, in terms of all kinds of ethical issues, they need to understand what’s really going on. Many of the issues that one talks about today about bioethics are articulated by people who haven’t the vaguest idea about what we’re talking about this semester.  
You will know much more than they will, and hopefully some time down the road, when you become more and more influential voices in society, you’ll be able to contribute what you understood here, what you learned here to that discussion.  
Right now much of bioethical discussion is fueled by people who haven’t the vaguest idea what a ribosome or mitochondrion or even a gene is, and therefore is often a discussion of mutually shared ignorance which you can diffuse by learning some basics, by learning some of the essentials. Here is the complexity of the cell we’re going to focus on largely this semester, which is to say the eukaryotic rather than the prokaryotic cell. And this is just to give you a feeling for the overall dimensions of the cell and refer to many of the landmarks that will repeatedly be brought up during the course of this semester.  
Here is the nucleus. The term karion comes from the Greek meaning a seed or a kernel. And the nucleus is what gives the eukaryotic cell its name. Within the nucleus, although not shown here, are the chromosomes which carry DNA. You may have learned that a long time ago. Outside of the nucleus is this entire vast array of organelles that goes from the nuclear membrane, and I’m point to it right here, all the way out to the outside of the cell.  
The outside limiting membrane, the outer membrane of the cell is called the plasma membrane. And between the nucleus and the plasma membrane there is an enormous amount of biological and biochemical activity taking place. Here are, for example, the mitochondria. And the mitochondria, as one has learned, are the sources of energy production in the cell. And, therefore, we’ll touch on them very briefly.  
This is an artist’s conception of what a mitochondrion looks like. Almost always artists’ conceptions of these things have only vague resemblance to the reality. But, in any case, you can begin to get a feeling for what one thinks about their appearance. Here are mitochondria sliced open by the hand of the artist. And, interestingly, mitochondria have their own DNA in them. One now accepts the fact that mitochondria are the descendents of bacteria which insinuated themselves into the cytoplasms of larger cells, roughly 1.5 billion years ago, and began to do a specialized job which increasingly became the job of energy production within cells.  
To this day, mitochondria retain some vestigial attributes of the bacterial ancestors which initially colonized or parasitized the cytoplasm of the cell. When I say parasitized, you might imagine that the mitochondria are taking advantage of the cell.  
But, in fact, the mitochondria represent the essential sources of energy production in the cell. Without our mitochondria, as you might learn by taking cyanide, for example, you don’t live for very many minutes. And the vestiges of bacterial origins of mitochondria are still apparent in the fact that mitochondria still have their own DNA molecule, their own chromosome.  
They still have their own ribosomes and protein synthetic apparatus, even though the vast majority of the proteins inside mitochondria are imported from the cytoplasm, i.e., these vestigial bacteria now rely on proteins made by the cell at large that are imported into the mitochondrion to supplement the small number of vestigial bacterial proteins which are still made here inside the mitochondrion and used for essential function in energy production.  
Here is the Golgi apparatus. And the Golgi apparatus up here is used for the production of membranes. As one will learn throughout the semester, the membranes of a cell are in constant flux and are being pulled in and remodeled and regenerated. The Golgi apparatus is very important for that. Here’s the rough endoplasmic reticulum. That’s important for the synthesis of proteins which are going to be displayed on the surface of cells, you don’t see them depicted here, or are going to be secreted into the extracellular space.  
Here are the ribosomes, which I might have mentioned briefly before. And these ribosomes are the factories where proteins are made. Again, we’re going to talk a lot about them. And, finally, several other aspects, the cytoskeleton. The physical integrity, the architecture of the cell is maintained by a complex network of proteins which together are considered to be the cytoskeleton. And they enable the cell to have some rigidity, to resist tensile forces, and actually to move.  
Cells can actually move from one place to the other. They have motile properties. They’re able to move from one location to another. The process of cell motility, if that’s a word you’d like to learn.  
Here is what a prokaryotic cell looks like by contrast. And I just want to give you a feeling. First of all, it looks roughly like a mitochondrion that I discussed before.  
But you see that there is the absence of a nuclear membrane. There’s the absence of the highly complex cytoarchitecture. Cyto always refers to cells. There’s the absence of the complex cytoarchitecture that one associates with eukaryotic cells. In fact, all that a bacterium has is this area in the middle. It’s called the nucleoid, a term which you also will probably never hear in your lifetime.  
And it represents simply an aggregate of the DNA of the chromosomes of the bacterium. And, in most bacteria, the DNA consists of only a single molecule of DNA which is responsible for carrying the genetic information of the bacteria. There’s no membrane around this nucleoid. And outside of this area where the DNA is kept are largely ribosomes which are important for protein synthesis. There’s a membrane on the outside of this called the plasma membrane, very similar to the plasma membrane of eukaryotic cells.  
And outside of that is a meshwork that’s called the outer membrane, it’s sometimes called the cell wall of the bacterium, which is simply there to impart structural rigidity to the bacterium making sure that it doesn’t explode and holding it together. And then there are other versions of eukaryotic cells. Here’s what a plant cell looks like. And it’s almost identical to the cells in our body, except for two major features.  
For one thing, it has chloroplasts in it which are also, one believes now, the vestiges of parasitic bacteria that invade into the cytoplasm of eukaryotic cells. So, in addition to mitochondria which are responsible for energy production in all eukaryotic cells, we have here the chloroplasts which are responsible for harvesting light and converting it into energy in plant cells. The rest of the cytoplasm of a plant cell looks pretty much the same.  
One feature that I didn’t really mention when I talked about an animal cell is in the middle of the nucleus, here you can see, is a structure called a nucleolus. And a nucleolus, or the nucleolus in the eukaryotic cell is responsible for making the large number of ribosomes which are exported from the nucleus into the cytoplasm. And, as I mentioned just before, the ribosomes are responsible for protein synthesis.  
It turns out this is a major synthetic effort on the part of most cells. Cells, like our own, have between 5 and 10 million ribosomes in the cytoplasm. So it’s an enormous amount of biomass in the cytoplasm whose sole function is to synthesize proteins. As we will learn also, proteins that are synthesized by the ribosomes don’t sit around forever. Some proteins have long lives. Some proteins have lifetimes of 15 minutes before they’re degraded, before they’re turned over.  
One other distinction between our cells, that is the cells of metazoa and metaphyta, are the cell walls, analogous to the cell walls of bacteria, this green thing on the outside. As I said before, we do not have cell walls around our cells. And we will, as the semester goes on, go into more and more details about different aspects of this cytoarchitecture during the first half of the semester.  
Here, for example, is an artist’s depiction of the endoplasmic reticulum. Why it has such a complex name, I cannot tell you, but it does. It’s called the ER in the patois of the street. The ER. And the endoplasmic reticulum is a series of membranes. Keep in mind, not the only membrane in the cell is the plasma membrane. Within the cytoplasm there are literally hundreds of membranes which are folded up in different ways.  
Here you see them depicted. And one set of these membranes, often they’re organized much like tubes, represents the membranes of the endoplasmic reticulum which either lacks ribosomes attached to it or has these ribosomes attached to it which cause this to be called the rough endoplasmic reticulum to refer to its rough structure which is created by the studding of ribosomes on the surface.  
As we will learn, just trying to give you a feeling for the geography of what we’re going to talk about this semester, these ribosomes on the surface of the endoplasmic reticulum are dedicated to the task of making highly specialized proteins which are either going to be dispatched to the surface of the cell where they will be displayed on the cell’s surface or actually secreted into the extracellular space. Many of the proteins that are destined for our body are not kept within cells but are released into the extracellular space where they serve important functions, and so we’re going to focus very much on them.  
Here’s actually what some of these things look like in the electron microscope to see whether we can either believe or fully discredit the imaginations of the artists. Here’s the rough endoplasmic reticulum I showed you in schematic form before. And you can see why it’s called rough. All these black dots are ribosomes attached on the outside. Here’s the Golgi apparatus. You see these vesicles indicated here. And a vesicle, just to use a new word, is simply a membranous bag. And keep in mind, by the way, that we’re not going to spend the semester with these highly descriptive discussions. Our intent today is to get a lot of these descriptive discussions out of the way so that we can begin to talk in a common parlance about many of the parts, the molecular parts of cells and organisms. Here is the mitochondrion which we saw depicted before. It looks similar to, but not identical to the artist’s description of that.  
And keep in mind that the mitochondrion in our cells, as I said before, are the descendents of parasitic bacteria. Here’s the endoplasmic reticulum, and the way it would look, as it does in certain parts of the cell when it doesn’t have all of these ribosomes studded on the surface. The endoplasmic reticulum here is involved in making membranes. The endoplasmic reticulum here is involved in the synthesis and export of proteins to the cell’s surface and for secretion, as I mentioned before.  
Much of what we’re going to talk about over the next days is going to be focused on the nucleus of the cell, that is on the chromosomes on the cell and on the material which is called chromatin which carries the genetic material. So the term chromatin is used in biology to refer simply to the mixture of DNA and proteins, which together constitutes the chromosomes.  
So chromatin has within it DNA, it has protein, and it has a little bit of RNA in it. And we’re going to focus mostly on the DNA in the chromatin, because if we can begin to understand the way the DNA works and functions many other aspects will flow from that. I mentioned the cell’s surface, and I just want to impress on you the fact that the plasma membrane of a cell is much more complicated than was depicted in these drawings that I showed you just before.  
If we had a way of visualizing the plasma membrane of a cell, we would discover that it’s formed from lipids. We see such lipids there, phospholipids, many of them. We’ll talk about them shortly. That the outside of the cell, there are many proteins, you see them here, which thread their way through the plasma membrane, have an extracellular and intracellular part. And these transmembrane proteins, which reach from outside to inside, represent a very important way by which the cell senses its environment.  
This plasma membrane, as we’ll return to, represents a very effective barrier to segregate what’s inside the cell from what’s outside of the cell to increase concentrations of certain biochemical entities. But at the same time it creates a barrier to communication. And one of the things that cells have had to solve over the last 700 to 800 million years is ways by which the exterior of the cell is able to send certain signals and transmit that information to the interior of the cell.  
At the same time, cells have had to use a number of different, invent a number of different proteins, some of them indicated here, which are able to transport materials from the outside of the cell into the cell, or visa versa. So the existence of the plasma membrane represents a boon to the cell in the sense that it’s able to segregate what’s on the inside from what’s on the outside.  
But it represents an impediment to communication which had to be solved, as well as an impediment to transport. And many of these transmembrane proteins are dedicated to solving those particular problems. Here you see, once again an artist’s depiction form, aspects of the cytoskeleton of the cell. And when we talk about the cytoskeleton we talk about this network of proteins which, as I said before, gives the cell rigidity.  
Keep in mind that the prefix cyto or the suffix cyt refers always to cells. Allows the cell to have shape. And here you can see this network as depicted in one way, but here it’s depicted actually much more dramatically. And here you begin to see the complexity of what exists inside the cell. Here are these proteins. These are polymers of proteins called vimentin which are present in very many mesenchymal cells. Here are microtubules made from another kind of protein.  
Here are microfilaments, in this case made of the molecule actin. And if we looked at individual molecules of actin they would be invisible. This is end-to-end polymerization of many actin molecules. And we’re looking here under the microscope from one end of the cell to the other end of the cell. And you can see how these molecules, they create stiffness, and they also enable the cell to contract and to move.  
Some people might think that the interior of the cell is just water with some molecules floating around them. But if you actually look at what’s present in the cell, more than 50% of the volume is taken up by proteins. It’s not simply an aqueous solvent where everything moves around freely. It’s a very viscous slush, a mush. And it’s quite difficult there for many cells to move around from one part of the cell to the other.  
Here you begin to get a feeling now for how the connection, which we’ll reinforce shortly in great detail, between individual molecules and the cytoskeleton. And here you see these actin fibers. I showed them to you just moments ago stretching from one end of the cell to the other. And each of these little globules is a single actin monomer which polymerize end-to-end and then form multi-strand aggregates to create the actin cytoskeleton.  
Here’s an intermediate filament and here’s the microtubules that are formed, once again giving us this impression that the cell is actually highly organized and that that high degree of organization is able to give it some physical structure and shape and form. I think we’re going to end today two minutes early. You probably won’t object.
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    32강 : 분자 의학 2

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    33강 : 인간의 다형성과 암 분류법

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    34강 : 생물학의 미래

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강의 댓글 [ 2 ]

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로버트 와인버그는 암 연구에 있어 유명한 교수입니다. 그래서인지 이 정규 강의에서 암이 많이 언급되는 것 같습니다.
[2012/08/20 08:13.15]
강의이해도움 본 강의는 영문 / 한글 스크립트가 제공되는 강의입니다. 동영상 우측의 "영문 스크립트" "한글 스크립트"를 선택하여서 보실 수 있습니다.
[2009/12/29 04:25.43]
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