세포막

요약 세포와 세포 외부의 경계를 짓는 막으로 세포 내의 물질들을 보호하고 세포간 물질 이동을 조절한다.

식물세포의 세포벽은 세포를 보호하고 모양을 유지해주지만, 물질의 출입을 조절하지는 못한다. 이 역할을 하는 것은 바로 세포막이다. 각 세포들은 독자적으로 기능하기도 하지만, 다른 세포와의 연락과 물질 출입이 원활하게 이루어져야 정상적인 조직, 기관, 개체를 이룰 수 있다. 세포막은 진핵세포뿐 아니라 원핵세포에도 존재하고, 모든 세포에 있어 필수적인 부분이다.

유동 모자이크 모델

세포막의 두께는 약 7.5~10nm이며 지질, 단백질, 탄수화물로 이루어져 있다. 세포막의 주성분인 지질은 분자의 한 쪽 끝부분이 극성이 커 친수성을 띠고, 나머지 긴 사슬 부분은 극성이 작아 소수성을 띤다. 친수성은 물과 잘 어울리는 성질을 말하고 소수성은 물과 섞이지 않으려 하는 성질을 말한다. 외부 환경은 친수성이기 때문에 소수성인 긴 사슬 부분은 이를 피해 뭉치려 한다. 그래서 지질은 사슬 부분이 서로 맞붙어있는 이중층을 이룬다. 세포막은 이렇게 지질이 이중층을 이루고 그 속에 단백질이 박혀 있는 모양이다. 지질층은 기름과 같기 때문에 지질층에 묻힌 단백질은 유동성 있게 떠다닌다. 이러한 모델을 유동 모자이크 모델이라 부른다.

세포막의 물질 출입

세포막은 작은 분자일수록 통과가 쉬우며, 주성분이 지질층이기 때문에 극성이 작은 지용성 물질이 쉽게 통과된다. 크기가 크고 수용성을 띠는 물질이 가장 통과하기가 어려우며, 또 작은 분자라 하더라도 전하를 띠고 있어 극성이 크면 쉽게 통과하지 못한다. 그래서 세포막은 원하는 물질을 수송하기 위해, 수동수송에만 의존하지 않고 에너지를 소비해가면서 능동수송을 진행한다.

삼투현상

세포막에서 진행되는 수동수송의 한 가지 예로 삼투를 들 수 있다. 세포 안에는 여러 물질들이 일정한 농도로 들어있는데, 만약 물 속에 동물세포를 넣으면 농도가 높은 세포 쪽으로 물이 이동하면서 세포 속의 농도를 낮추려 한다. 세포 속으로 물이 많이 들어가면 결국 세포막이 터져 세포 안의 물질들이 흘러나오게 된다. 세포와 같은 농도를 갖는 용액 속에 세포를 넣으면 아무 변화가 없고, 세포보다 높은 농도를 가진 용액 속에 세포를 넣으면 세포 쪽에서 용액으로 물이 이동해 세포가 쪼그라들게 된다.

능동수송

능동수송의 예로는 나트륨펌프를 들 수 있다. 세포 안에서 Na+의 농도는 매우 낮고, K+의 농도는 높다. 이를 가만히 놓아두면 확산의 원리에 의해 Na+는 세포 밖에서 안으로 들어올 것이고, K+는 세포 밖으로 나가게 될 것이다. 그렇지만 세포는 지속적으로 Na+는 저농도 상태, K+는 고농도 상태이기를 원하기 때문에 나트륨펌프를 이용해 끊임없이 Na+를 세포 밖으로 보내고 K+를 세포 안으로 수송한다. 이는 세포막이 ATP로부터 공급받은 에너지를 소모하며 농도기울기에 역행하여 물질을 운반하는 현상이다. 이는 생물체 내의 여러 곳에서 볼 수 있으며 매우 중요한 역할을 담당한다.