현미경 수준에서 보면 여러분은 세포로 구성되어 있다. 거울 속에 비친 여러분을 본다는 것은 200가지의 서로 다른 형태를 가진 약 10조 개의 세포를 보고 있는 셈이다. 여러분의 근육은 근육세포로 간은 간세포로 만들어져 있다. 이중에는 이빨을 위한 에나멜이나 눈 속의 수정체를 만드는 특별한 형태의 세포들도 있다. 식물 역시 세포로 이루어져 있으며 박테리아는 하나의 세포로 이루어진 생물이다. 우리 몸이 어떻게 움직이는지를 이해하려면 세포를 알아야 한다. 생식작용으로부터 전염이나 부러진 뼈를 재생시키는 것에 이르기까지 모든 것은 세포 수준에서 일어나는 일이다.
세포의 박테리아
박테리아는 존재하는 것 중 가장 단순한 세포이다. 박테리아는 자체적으로 모든 것이 해결되는 살아 있는 하나의 세포이다. 대장균은 전형적인 박테리아로 인간 세포의 약 100분의 1 정도의 크기(길이 1 마이크로미터, 폭 10분의 1 마이크로미터 정도)를 가지고 있다. 박테리아에 감염되면 박테리아는 거대한 배 주위를 노 저어 가는 보트처럼 여러분의 커다란 세포 주위를 헤엄치게 된다. 박테리아의 외부는 세포막으로 감싸여 있고 내부에는 세포질이라고 하는 물 같은 액체가 흐르고 있다. 세포질은 70퍼센트가 물이다. 나머지 30퍼센트는 세포가 아미노선과 글루코오스 분자 그리고 아데노신 3인산염(ATP)과 같은 작은 분자들과 함께 만든 효소라고 하는 단백질이다. 세포의 중앙에는 스트링이 똘똘 뭉쳐서 공같이 생긴 디옥시리보 핵산(DNA)이 있다. 만일 이 DNA를 한 줄로 뽑아내면 박테리아에 비교할 수 있을 정도로 길 것이다. 인간의 세포는 박테리아보다 훨씬 더 복잡하다. 이들은 DNA를 보호하기 위한 핵막을 비롯해서 미토콘드리아나 골지체와 같은 막과 구조, 그리고 여러 가지 다른 발전된 특징을 가지고 있다. 그러나 박테리아나 인간의 세포나 기본적인 과정은 똑같이 일어난다.
효소
어떤 순간에서든 세포 내부에서 일어나는 모든 일은 효소에 의해서 이루어진다. 대장균과 같은 박테리아에는 세포질 내에 약 1,000종 이상의 효소가 떠다니고 있다. 세포에 있는 효소는 세포가 화학작용을 신속하게 수행할 수 있도록 도와준다. 가장 기초적인 수준에서 보면 세포는 말 그대로 효소에 의해서 이루어지는 수많은 화학작용으로 가득 찬 작은 가방과 같다. 효소는 아미노산으로 만들어지는데, 이것은 기본적으로 효소가 단백질이라는 것을 의미한다. 100개에서 1,000개에 이르는 아미노산이 아주 특수하고도 독특한 순서로 함께 꼬여서 효소를 만든다. 다음에 이 아미노산 연쇄는 독특한 형태로 접히는데, 이 형태 때문에 효소는 특정 화학작용을 수행할 수 있게 되는 것이다. 하나으 ㅣ효소는 하나의 특정 화학작용에 매우 효율적인 촉매로 작용한다. 즉 효소는 화학작용을 아주 빨리 진행시킨다. 예를 들면 맥아당은 두 개의 글루코오스 분자가 결합되어 만들어져 있다. 효소인 말타아제의 형태는 이 결합을 끊어서 두 개의 자유로운 글루코오스 조각으로 만들 수 있도록 되어 있다. 말타아제가 할 수 있는 일은 맥아당 분자의 결합을 끊는 일뿐이지만 이 일을 아주 빠르게 그리고 효율적으로 할 수 있다. 다른 형태의 효소는 원자와 분자들을 서로 결합시킬 수도 있다. 효소는 분자를 분리시키기도 하고 결합시키기도 하는데, 세포가 활동하는 데에 필요한 각각의 화학작용에 대해서 특정한 효고가 관여한다. 서로 다른 각각의 효소들은 수백, 수백만 개로 복제되는데, 복제 숫자는 그 화학반응이 세포에 얼마나 중요한지 또 얼마나 자주 반응이 일어나는지에 따라서 결정된다.
독과 항생물질
세포의 수명은 세포질 속에서 떠다니는 풍부한 효소의 수프에 달려 있다. 여러 가지 많은 독들은 다양한 방법으로 이 수프의 균형을 깨트린다. 예를 들면 디프테리아의 독소는 리보솜의 활동을 방해해서 리보솜이 mRNA 가닥을 따라내려가지 못하게 한다. 광대버섯에 있는 독소는 RNA 폴리메라제의 작용을 엉망으로 만들어 버려서 DNA 전사를 중지시킨다. 두 경우 모두 새로운 효소의 생산은 중지되며 독소에 감염된 세포는 더 이상 자라거나 복제되지 않는다. 항생물질은 인간의 세포에 해를 끼치지 않으면서 박테리아의 세포를 파괴시키는 일을 한다. 모든 항생물질은 인간의 세포 내에 있는 효소와 박테리아의 내부에 있는 효소 사이에는 많은 차이가 있다는 사실을 이용한다. 예를 들어 만일 대장균의 리보솜에게는 해를 끼치지만 인간의 리보솜에게는 해를 끼치지 않는 독소를 발견했다면 그것은 효과적인 항생물질이 될 수 있는 것이다. 이런 방식으로 효과를 발휘하는 대표적인 항생물질이 스트렙토마이신이다. 페니실린은 최초의 항생물질이다. 페니실린은 박테리아가 세포벽을 만드는 능력을 없애버린다. 박테리아의 세포벽과 인간의 세포벽은 상당히 다르기 때문에 페니실린은 특정한 박테리아에게는 큰 효과를 발휘하는 반면 인간의 세포에는 아무 해도 끼치지 않는다. 항생물질이 가지고 있는 한 가지 문제는 시간이 지나면 효과가 없어진다는 것이다. 박테리아는 아주 빠르게 복제를 하기 때문에 돌연변이의 가능성이 아주 높다. 인체에서 항생물질이 죽이는 박테리아의 숫자는 수백만 개는 될 것이다. 그러나 이 박테리아들 중 만일 하나라도 돌연변이를 일으켜서 이 항생물질에 면역이 생긴다면 이 세포는 재빠르게 복제를 해서 다른 사람에게 퍼져나간다. 박테리아성 질병은 대부분 이런 과정을 통해서 반복적으로 사용되는 거의 대부분의 항생물질에 대해서 면역을 가지게 된다.