세포 크기에는 한계가 존재하는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 세포의 경우에는 표면적 대 부피의 비율 때문에 세포가 커질 수 있는 데에는 한계가 있다고 하는데요, 왜 세포는 일정 크기 이상 커질 수 없는 것인지 이유가 궁금합니다.
네, 말씀해주신 것과 같이 세포는 크기가 커질 수 있는데에 한계가 있습니다. 이는 '표면적 대 부피의 비율'을 고려해봐야 하는 사항인데요, 세포는 영양분 흡수, 노폐물 배출, 신호 전달 등을 주로 세포막을 통해 수행합니다. 세포가 커질수록 부피는 세제곱으로 증가하지만, 세포막의 표면적은 제곱으로만 증가합니다. 즉, 세포가 일정 크기 이상 커지면 세포 안의 물질대사를 감당할 만큼의 표면적이 부족해지므로, 물질 교환에 심각한 한계가 생깁니다. 또한 이때 세포 내부에서 물질 이동은 대부분 확산이나 능동수송에 의해 일어나는데, 확산 속도는 거리의 제곱에 비례하여 늦어집니다. 따라서 세포가 지나치게 커지면 중심부까지 산소, 영양분, 신호 분자가 도달하는 데 시간이 오래 걸려 대사 효율이 떨어지기 때문에 세포 크기에는 한계가 존재하는 것입니다. 감사합니다.
세포가 일정한 크기 이상 커질 수 없는 가장 큰 이유는 표면적 대 부피 비율 때문입니다.
즉, 세포의 크기가 커질수록 부피는 세제곱으로 증가하는 반면, 표면적은 제곱으로 증가하기 때문에, 부피가 표면적보다 훨씬 빠르게 늘어나게 됩니다.
그래서 여러가지 문제가 발생하게 되는데, 가장 큰 문제가 물질 교환의 비효율성입니다.
세포는 생명 활동에 필요한 산소와 영양분을 흡수하고, 노폐물을 배출하기 위해 세포막을 통해 외부와 끊임없이 물질 교환을 해야 합니다. 하지만, 세포가 너무 커져서 부피에 비해 표면적이 상대적으로 작아지면, 필요한 만큼의 물질을 제때 흡수하거나 노폐물을 효율적으로 배출하기 어려워집니다. 이는 결국 세포의 생존문제로 이어질 수 있습니다.
또한 세포의 모든 활동은 세포핵에 있는 DNA의 통제를 받지만, 세포가 너무 커지면 핵의 유전 정보가 세포 전체에 미치는 영향력이 줄어들고, 세포의 모든 부분을 효율적으로 통제하기 어려워지게 됩니다.
이러한 문제들 때문에 세포는 일정한 크기 이상 커지지 못하고, 크기가 한계에 도달하면 세포 분열을 통해 두 개의 작은 딸세포로 나뉘게 되는 것입니다.
세포가 일정한 크기 이상 커질 수 없는 이유는 표면적 대 부피의 비율에 있습니다. 세포가 구의 형태로 커지면 부피는 반지름의 세제곱에 비례하여 증가하지만, 표면적은 반지름의 제곱에 비례하여 증가합니다. 이로 인해 세포가 커질수록 부피에 비해 표면적이 상대적으로 줄어들어, 영양분과 산소의 흡수 및 노폐물의 배출 같은 물질 교환이 비효율적으로 되기 때문입니다. 이 문제를 해결하기 위해 세포는 일정한 크기가 되면 분열하여 세포의 수를 늘리는 방향으로 성장합니다.
안녕하세요. 안상우 전문가입니다.
세포는 생존하기 위해서 영양분과 산소가 필요합니다. 세포에 침투되어 들어오게 되는데 부피가 커지게 되면 내부에 있는 부분은 산소나 영양분을 공급받지 못하게 됩니다. 따라서 세포 내 영양분이나 산소가 공급될 수 있을 정도의 크기로만 크기가 커지게 됩니다.