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1. 개요
| 한자 | 細胞膜 |
| 영어 | Cell Membrane |
| Cellfilm |
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
2.1. 지질
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
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)
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
이러한 세포막의 특성상 이온이나 친수성 분자들, 그리고 소수성이라 할지라도 크기가 큰 분자들은 절대 맨몸으로 통과하지 못한다. 그러한 연유로, 세포 안으로 이러한 분자들이 들어갈 때는 수송 단백질들을 이용한다.세포의 물질 수송 방식은 크게 수동수송과 능동수송의 두 가지로 나눌 수 있다.