세포막의 구조

이번 포스팅에서는 세포막의 구조에 대해서 알아보고자 합니다. 먼저 세포막은 기본적으로 세포에서 구획화, 반투과막, 신호 전달의 역할을 하는데요. 세포막의 구조가 밝혀진 것은 상당히 최근입니다. 1972년에 싱어와 니콜슨이 유동 모자이크 모델이라는 이론을 제시했고 이것이 정설로 받아들여지게 되면서 세포막에 대한 신세계가 열렸습니다. 유동 모자이크 모델은 세포막은 비대칭의 이중층 구조로 되어 있고 여기에 표재성 단백질이 막의 양쪽 표면을 덮고 내재성 단백질은 막 안에 끼어 있다는 가설입니다. 이 가설 안에서 모든 단백질과 지질은 자유롭게 세포막 사이사이를 움직입니다.(사실 엄청 모두 자유로와서 자유롭게 움직이는 것은 아니지만 일단 이렇게 알아두시는 것이 편합니다.) 이런 사실은 동결절단법이라는 실험 방법을 통해서 밝혀졌습니다. 동결 절단법이란 액체 질소로 세포막을 꽁꽁 얼린 뒤 세포막을 깨서 세포막의 단면을 관찰하는 실험입니다.

이런 세포막은 여러가지 물질로 구성되어 있는데요. 주 구성 물질은 지질과 단백질입니다. 세포와 그 주변을 보시면 기본적으로 세포의 밖과 안은 모두 수용성 환경이라고 보시면 됩니다. 이런 환경에서 지질이 소수성 장벽을 형성해서 세포와 그 주변을 나눠주는 역할을 하는 거지요. 하지만 이 지질은 소수성이다 보니 극성 물질을 막는데에 효과적이고 작은 무극성 분자들의 경우 선택적으로도 통과시킬 수 있습니다. 또한 전하를 띤 이온들의 농도 기울기를 형성해 막 안팎의 전위차를 유지하기도 하죠.

세포막에 있는 이런 지질의 종류에는 크게 두가지가 있는데요. 바로 인지질과 콜레스테롤입니다. 인지질은 세포막의 안팎에 비대칭적으로 존재합니다. 다른 하나는 콜레스테롤인데요. 콜레스테롤은 인지질의 사이사이에 끼어서 세포막의 유동성을 유지합니다. 온도가 상승하면 막의 해리를 막고 온도가 하강하면 막의 응고를 막죠. 이에 대해서는 앞의 포스팅에서 충분히 설명한 것 같으므로 여기서는 간단히 짚고만 넘어가겠습니다.

세포막을 구성하는 다른 하나의 물질인 막단백질은 크게 표재성 단백질, 내재성 단백질, 고정성 단백질로 나뉩니다. 표재성 단백질은 말 그대로 세포막 표면에 약하게 결합되어 있는 단백질로써 염, pH 변화, 킬레이트제, 요소 등의 처리로 쉽게 분리가 가능합니다. 내재성 단백질은 지질층에 파뭍혀 있는 단백질이라고 생각하시면 됩니다. 대부분 막관통 단백질이 내재성 단백질에 속합니다. 이런 막관통 단백질들은 물질 수송, 신호 전달 등에 중요한 역할을 합니다. 표재성 단백질과는 다르게 약하게 붙어 있는 것도 아니고 지질층에 파묻혀 있기 때문에 계면 활성제를 처리해야 분리가 가능하고 이 이후에도 과정이 복잡하나 이 것은 대학교 기본 과정이 아니기 때문에 생략하겠습니다. 마지막으로 고정성 단백질은 지질과 공유결합해있는 단백질입니다. 제가 가장 첫 문단에서 단백질과 지질이 자유롭게 움직일 수 있긴 하지만 모두가 그런 것은 아니라고 했는데요. 이 단백질들이 그 예외에 속해서 거의 한자리에 고정되어 있다고 보시면 됩니다.

위에서 세포막의 유동성 감소 요인 중 하나를 말 했으니 세포막의 유동성이 왜 감소하는지에 대해서 말을 안할 수가 없네요. 세포막의 유동성 감소 요인에는 사실상 여러개가 있습니다. 가장 중요한 요인으로는 인지질 내 포화 지방산의 탄소 길이가 다른 곳보다 더 긴 부분이 있습니다. 그럼 지질끼리 강한 소수성 결합을 하기 때문에 아무래도 고정성이 커질 수 밖에 없겠죠. 이것과 같은 맥락으로 불포화 지방산의 비율이 감소하면 세포막이 딱딱해집니다. 지질들이 붙을때 더 수월하게 붙을 수 있을 테니까요. 또한 상온에서 콜레스테롤 농도의 증가가 유동성을 감소시킬 수 있습니다. 마지막으로 고정성 단백질처럼 막 단백질들이 주변 분자들과 다양한 구조를 형성할시 막 유동성이 감소합니다.

이로써 세포막의 구조와 그 유동성에 대해서 살펴보았습니다. 다음 포스팅에서는 물질들이 어떻게 해서 세포막을 뚫고 바깥에서 안으로, 혹은 안에서 바깥으로 이동하는지에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.