인체를 구성하고 있는 것은 세포이므로 신체의 기능을 이해하기 위해서는 먼저 세포의 기본적 기능을 이해하는 것이 중요하다.
1. 대사와 에너지
-동화와 이화 : 세포 성분의 일부는 항상 새로운 것으로 대치되고 있다. 예를 들면 단백질은 매일 그중 1/100 정도가 분해되는 동시에, 거의 같은 양이 새로 만들어져서 보충되고 있다. 특히 세포가 성장하고 있을 때는 세포성분의 수요가 증가하게 되므로, 단백질 등을 대량으로 만들어야 한다. 실제로 세포는 끊임없이 주위로부터 재료가 되는 여러 물질들을 세포 내로 끌어들이고, 세포 내에서 새로운 물질을 합성하고 있다. 이 합성을 바로 ‘동화’라고 한다. 즉 세포가 아미노산을 훕수해 단백질을 만드는 것을 말한다. 한편 세포 내 끊임없이 다양한 물질이 분해되고 있다. 이 분해반응에는 에너지를 발생시키는 반응도 있고, 불필요한 물질을 처리하는 반응도 있다. 이와 같은 분해작용을 이화라고 한다. 이화작용의 결과로 발생하는 불필요한 물질은 세포 외로 배출된다. 동화와 이화에 의해 세포가 여러 가지 물질이나 에너지를 만들어 내는 것을 물질대사라고 한다.
- 해당 : 세포는 활동에 필요한 에너지를 이화 작용에 의해 생산하고 있다. 단백질, 탄수화물, 지질은 모두 분해되면 에너지를 방출하지만 실제로 체내에서 에너지를 만드는 데 이용되는 것은 주로 탄수화물과 지질이다. 단백질은 세포의 구조를 만드는 중요한 물질이므로 특수 경우 이외에는 에너지원으로 이용하지 않는다. 탄수화물을 분해해 에너지를 생산하는 과정은 먼저 세포가 혈액으로부터 포도당을 흡수하여 인산과 결합함으로써 글루코스 인산이 된다. 글루코스인 산은 몇 단계 과정을 거쳐 최종적으로 피루브산이 된다. 세포에 산소 공급이 안 되면 이는 젖산이 된다. 젖산까지 과정은 산소가 필요하지 않으므로 혐기성 해당 또는 해당이라고 한다. 해당에 의해서도 에너지는 생산되지만 양은 적다.
-호흡 : 피루브산은 산소와 미토콘드리아의 효소계가 있는 곳에서 반응이 더 잘 진행된다. 먼저 피루브산은 아세틸 CoA를 거쳐 구연산 회로라고 하는 반응계로 들어가서 다시 전자전달계라고 하는 반응계를 거쳐 산화된다. 이들 과정을 거쳐서 탄산가스와 물이 생성된다. 이 과정은 세포가 산소를 소비하고 탄산가스를 세포 외로 방출하므로 내호흡(조직호흡)이라 한다. 동일한 양의 포도당을 분해하더라도 호흡에 의해 생산되는 에너지양은 해당에 의한 것보다 15배나 많다. 지방이 분해되어 에너지를 만드는 반응은 먼저 지방이 지방산으로 분해되고, 다시 탄수화물과 마찬가지로 구연산 회로와 전자전달계를 거쳐 분해된다. 따라서 지방도 역시 호흡에 의해 에너지로 변한다.
-ATP : 탄수화물이나 지방이 분해돼 생산된 에너지 일부는 열로 변해 체온 유지에 관여하고 일부는 ADP를 ATP로 합성하는 데 사용된다. 단백질의 합성 등 생활 활동에 필요한 여러 반응과 직접 관련되고 있으며, 반응을 촉진시키는 특징을 가진 물질이다. ATP가 필요에 따라 생활 활동에 이용될 때는 ADP와 인산으로 분해되고, 동시에 에너지를 방출해 세포에 공급할 수 있는 편리한 물질이다.
2. 물질의 이동
-확산: 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하여 전체적으로 고르게 분포하는 현상을 말한다. 예를 들어 폐로부터 산소가 혈액으로 들어가는 것은, 폐포 내 산소 농도가 혈액보다 높기 때문에 확산에 의해서 폐포내로부터 혈액으로 산소가 이동하는 것이다.
-여과: 혼탁한 물을 여과지로 거르면 여과지를 통과하지 못하는 큰 입자는 여과지에 걸리고, 물이나 작은 분자는 통과하게 된다. 이렇게 거르는 것을 뜻한다. 여과하기 위해서는 압력이 필요해, 압력에 의해 밀려 나가게 된다. 여과지에서는 중력이 압력으로 작용한다. 체내에서는 신소재에 있는 세동맥의 벽이 여과지와 같은 역할을 하며 혈액이 이곳에 도달하면 혈장 속 물이나 작은 분자는 신장의 세뇨관 쪽으로 빠져나가지만 같은 큰 분자는 나가지 못한다. 이때 여과 압력이 되는 것은 소동맥 혈압이다. 신소체에 병변이 생기면 여과되지 못하던 단백질도 통과하게 되는 데 이를 단백뇨라고 부른다. 단백뇨가 나타나면
신장질환을 의심하는 것도 이 때문이다.
-삼투: 세포막은 반투과성 막이다. 반투과성은 어떤 물질은 자유롭게 통과하지만 다른 물질은 잘 통과하지 못하는 물리적 성질을 말한다. 이처럼 반투막을 경계로 한 물의 이동현 상을 삼투라 한다. 이때 막을 통해 수분을 끌어들이는 힘을 그 용액의 삼투압이라 한다. 삼투압은 농도가 일정하면 녹아 있는 용질의 농 동에 비례하여 증가한다. 삼투압이 동일한 두 용액은 반투막을 경계로 하여 접촉되어 있어도 물은 이동하지 않는다.
-능동수송 : 확산, 여과, 삼투는 물리적인 힘으로 물질이 이동하는 현상이므로 이동이 일어나도 세포가 에너지를 소비하지는 않는다. 그러나 이와 같은 물리적인 이동으로는 세포가 필요한 물질을 충분히 확보하기 어렵기 때문에 세포는 에너지를 사용해 적극적으로 필요한 물질을 세포 내로 끌어들이거나 불필요한 물질을 세포 외로 배출시키는데 이를 능동수송이라 한다.
3. 세포의 특수 기능
-분비와 배설: 세포 내에서 만들어진 물질이 세포 외로 방출되는 것을 분비라 한다. 예를 들면 내분비선의 세포로부터 호르몬이 방출되는 것은 분비다. 분비 중 세포에 불필요한 물실을 체외로 방출하는 것을 배설이라 한다. 분비나 배설은 대게 능동수송이다.
-운동: 백혈구는 혈관 밖으로 나오면 원형질의 일부로부터 돌기를 내어 그쪽으로 세포를 이동시킨다. 이것을 아메바 운동이라 한다. 또 백혈구는 세균 등 과 만나면 그것을 포위해 원형질 내로 끌어들인다. 이것을 식작용이라 한다. 세포가 액상 물질을 포위하는 현상을 음작용이라 한다. 기관 벽에 상피세포에는 작은 섬 포들이 끊임없이 움직이는 데 이를 섬모 운동이라 한다. 또 정자는 기다란 꼬리를 가지고 이를 움직여 활발히 운동하는 데 이를 편모운동이라 한다. 이처럼 세포의 형태적 변화나 위치 이동을 일반적으로 운동이라 부른다.
-흥분과 전도 : 어떤 종류의 세포가 외부로부터 빛, 온도, 전기 등의 자극을 받으며 반응하는 것을 흥분이라 한다. 흥분이 일어나면 멀리 떨어져 있는 세포에도 전달하려는 성질을 가진 세포가 바로 신경세포이다. 신경세포는 활동 전압이라 하는 특수한 전압변화에 의해 흥분을 전달한다. 하나의 세포 속에서 흥분이 전도되는 것을 흥분의 전도라 하며, 세포에서 이웃 세포로 이동하는 것을 흥분의 전달이라 한다.