세포막
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1. 개요[편집]
세포의 안과 밖을 구분해주는 역할을 하며, 모든 세포가 다 가지고 있지만 식물세포는 여기에 더해서 세포벽까지 가지고 있다. 세포를 감싸고 있는 세포막은, 형질막(Plasma membrane)이라고도 불리는, 얇고 유연한 탄력성이 있는 구조로 두께가 7.5~10nm 밖에 되지 않는다. 세포막은 대부분 단백질과 지질로 이루어져 있는데, 단백질 55%, 지질 중 인지질 25%, 콜레스테롤 13%, 그 외에 지질이 4%, 그리고 탄수화물이 약 3% 정도로 구성되어 있다.
2. 세포막 물질들의 기능[편집]
2.1. 지질[편집]
세포막의 지질은 물이 통과하는 것을 막아준다. 세포막은 기본적으로 지질 두 분자 정도의 두께밖에 되지 않는 인지질 이중층(Phospholipid bilayer)이 세포 표면을 전체적으로 감싸고 있는 구조로 되어 있다. 이러한 이중층에 큰 구형단백질이 군데군데 박혀있다. 인지질 이중층은 기본적으로 인지질 분자들로 이루어져 있다. 인지질의 구조 중, 인산염이 붙은 쪽은 물에 녹는 친수성(Hydrophilic)이며, 지방산이 붙은 쪽은 지방에만 녹는 소수성(Hydrophobic)을 나타낸다.
소수성인 부분은 물을 밀어내는 반면 소수성인 부분끼리는 서로 끌어당기므로 자연스럽게 막의 안쪽으로 나란히 늘어서는 구조를 이룬다. 친수성을 나타내는 인산염 부분은 세포막의 양쪽 표면에 위치하면서, 막의 안쪽에서는 세포내액과, 막의 바깥쪽에서는 세포외액과 접촉하고 있다. 세포막의 중간에 위치하는 지질층은 이온, 포도당, 요소(Urea)와 같은 수용성 물질들을 통과시키지 않는 반면 산소, 이산화탄소, 알코올과 같은 지용성 물질들은 쉽게 통과할 수 있도록 해준다.
막의 콜레스테롤 분자도 사실상 지질인데, 이는 그들의 스테로이드 핵(Steroid nucleus)이 매우 지용성이기 때문이다. 이들은 인지질 이중층의 세포막에 녹아 있는 상태로 존재한다고 할 수 있다고 할 수 있으며, 체액의 수용성 구성물질에 대한 세포막의 투과성정도를 결정하는 데 큰 역할을 한다. 또한 콜레스테롤은 막의 유동성의 정도를 조절하는 역할을 한다.
2.2. 통합단백질과 주변단백질[편집]
세포의 구조를 나타낸 그림에서 볼 수 있는 인지질 이중층에 떠있는 공모양의 덩어리들은 막단백질로서, 대부분 당단백질(Glycoproteins)로 구성되어있다. 막단백질은 크게 두 종류가 있는데, 세포막 전체를 관통하고 있는 통합단백질(Integral proteins)과, 한쪽 면에만 붙어있고 세포막을 관통하지 않는 주변단백질(Peripheral proteins)이다.
- 통합단백질: 통합단백질의 대부분은 물이나 수용성 물질, 특히 이온들이 세포내액과 세포외액 사이를 확산할 수 있도록 해주는 통로(Channel) 혹은 막공(Pores)를 형성한다. 이들 단백질 통로들은 또한, 어떤 특정 물질이 다른 물질들보다 확산이 더 잘 되게 해주는 선택적인 특징을 갖고 있다. 다른 통합단백질로 운반단백질(Carrier Protein) 역할을 하는 것도 있는데, 인지질 이중층을 통과하지 못하는 물질들을 운반해준다. 확산작용이 일어나는 전기화학적 경사와 반대방향으로 운반이 일어날 때, 이를 능동수송(Active transport)이라고 한다. 그 외에 효소로 작용을 하는 통합단백질도 있다. 통합단백질은 또한 세포막을 쉽게 통과하지 못하는 펩타이드 호르몬과 같은 수용성 화학물질에 대한 수용체로도 작용할 수 있다. 특정 리간드(Ligand)가 세포막의 수용체에 결합하면 수용체단백질의 구조적 변화를 일으켜, 단백질의 세포 안쪽 부분을 효소적으로 활성화시키거나, 세포질 내에서 어떤 단백질과 수용체 간의 상호작용을 일으키는 이차전령물질(Second messengers)로서 작용함으로써 세포 밖에서 수용체로 들어온 신호를 세포 안쪽으로 전달해 준다. 이러한 방법으로, 세포막에 걸쳐져 있는 통합단백질은 주위 환경에 대한 정보를 세포 안으로 전달시켜주는 수단을 제공해준다.
- 주변단백질: 주변단백질은 주로 통합단백질에 부착되어 있다. 이들은 주로 효소로 작용하거나, 세포막의 막공을 통한 물질운반을 조절하는 역할을 한다.
2.3. 세포막 탄수화물(당질층)[편집]
세포막의 탄수화물도 예외 없이 단백질이나 지질에 연결되어 당단백질(Glycoprotein) 혹은 당지질(Glycolipids)의 형태로 존재한다. 실제로 대부분의 통합단백질은 당단백질이고, 세포막 지질의 10% 정도는 당지질이다. 이들 분자의 당(Glyco)에 해당하는 부분은 거의 예외없이 세포의 바깥쪽으로 돌출되어 매달려 있다. 프로테오글리칸(Proteoglycan)이라 불리는 많은 다른 탄수화물 화합물들도 대부분 작은 중심단백질에 탄수화물 물질이 결합되어 있는 구조를 가지며 세포막의 바깥쪽에 느슨히 연결되어 있다. 이렇게 세포막의 바깥쪽에 전반적으로 세포막과 느슨히 연결되어 있는 탄수화물을 당질층(Glycocalyx)이라고 한다.
세포막 바깥쪽 표면에 붙어있는 탄수화물은 몇 가지 중요한 기능을 하는데,
- 대부분의 경우에 전기적 음성을 띠고 있기 때문에 세포가 전체적으로 음전하를 띠고 있게 하여 다른 음전하를 띤 물질을 배척하는 역할을 한다.
- 한 세포의 당질층은 다른 세포의 당질층과도 서로 결합을 하여, 세포와 세포를 연결해주는 역할을 한다.
- 인슐린 등과 같은 호르몬과 결합하는 수용체 역할을 하여, 붙어 있는 통합단백질을 활성화시켜 세포 내 효소 연쇄반응을 일으킨다.
- 일부 탄수화물은 면역반응에 관여한다.
3. 막을 통한 수송[편집]
이러한 세포막의 특성상 이온이나 친수성 분자들, 그리고 소수성이라 할지라도 크기가 큰 분자들은 절대 맨몸으로 통과하지 못한다.
세포의 물질 수송 방식은 크게 수동수송과 능동수송의 두 가지로 나눌 수 있다.
3.1. 수동수송[편집]
수동수송(Passive transport)
3.1.1. 확산[편집]
단순 확산(Simple diffusion): 에너지 소모도, 막 단백질도 없이 그냥 세포막을 통과한다. 작은 소수성 분자들이 주로 이런 식으로 들어가며, 소장에서 일어나는 지방흡수도 해당된다.
3.1.2. 촉진 확산[편집]
촉진확산(Facilitated diffusion): 에너지(ATP, 아데노신삼인산)는 사용하지 않으며 고농도에서 저농도로 이동한다. 극성 비하전 분자나 극성 하전 분자들이 주로 이 방법을 이용한다. 가만히 놔둬도 확산하는 분자(작은 크기의 극성 비하전)를 수송체가 도와주기도 하고 애초에 이동이 불가능한 분자(극성 하전)를 이동시켜주기도 한다. 촉진확산은 수송체에 따라 운반단백질 이용 확산, 운반통로 이용 확산으로 나뉜다.
3.1.2.1. 운반 단백질[편집]
운반단백질을 이용한 확산: 분자의 특성을 이용해서 특정 분자만을 선택해서 수송하는 방식이다. 어떤 분자를 선택하는지는 운반체의 특성에 따라 다르다. 이때 수송체와 수송물질의 관계는 효소와 기질의 관계와 비슷하다. 포도당을 수송하는 GLUT이 여기에 해당된다.
3.1.2.2. 운반 통로[편집]
운반통로(채널)을 이용한 확산: 분자의 크기와 전하에 따라 선택적으로 이온 등을 수송하는 방식이다. 운반단백질에 비해 선택성이 적긴 하지만 그들 나름대로 통과할 물질을 분별하는 특정 기작들을 지니고 있다. 뉴런의 수상돌기와 랑비에르 결절에 있는 나트륨과 칼륨 채널이 대표적인 예. 얼핏 생각하면 통로 크기보다 작은 이온들은 슝슝 통과할 것 같지만 그렇진 않다. 예를 들어 K+ 통로에서, K+이 통로를 통과할 땐 주변에 붙어 있던 물 분자들이 떨어져 나가지만 Na+가 통로를 지나갈 땐 물 분자들이 Na+ 이온을 꽉 잡고 있다. 설령 물 분자들에게서 탈출하여 통로에 들어간다고 하더라도 통로 중간에서 잡혀 더이상 이동하지 못하게 된다. 이러한 통로는 전압, 리간드(수용기에 결합하는 물질), 기계적인 변화 등에 의해 열리며, 보통 자극이 계속 존재하지 않는 이상 통로는 곧 닫히게 된다.
3.2. 능동수송[편집]
능동수송(Active transport): 트랜스포터를 사용하며, 에너지(대체로 ATP)를 사용해 저농도에서 고농도로 물질을 이동시킨다. 뉴런 안쪽에 존재하는 나트륨은 세포 밖의 나트륨보다 저농도이고 칼륨은 고농도인데, 이를 가능하게 해 주는 것이 ATP를 사용해 나트륨을 퍼내고 칼륨을 들여오는 트랜스포터 덕분. 분자를 하나하나 밖으로 내보내고 들여오지만, 채널에 비해 오랫동안 일을 한다. 트랜스포터 역시 물질 특이적. 이와 달리 틸라코이드나 미토콘드리아 내막에 위치한 양성자 펌프 같은 경우 ATP 대신 고에너지 전자의 산화환원을 통해 에너지를 충당한다.
4. 내포작용, 외포작용[편집]
세포막은 항상 그 자리에 있는 것이 아니라 섭취나 배출작용 등의 여러 가지 작용을 한다. 바이러스 중에 외피(Envelop)가 있는 바이러스들은 세포막과 자신의 외피를
5. 관련 문서[편집]
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