원형질막

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원형질막

[ plasma membrane ]

세포의 원형질막은 세포 내용물과 외부 사이의 경계를 형성하는 지질과 단백질의 네트워크로 구성된 막으로 세포막이라고도 한다. 원형질막의 주요 기능은 주위 환경으로부터 세포를 보호하는 것이며 선택적 투과성이 있어 세포 안으로 들어오고 나가는 물질의 종류와 양을 조절한다. 진핵생물과 원핵생물을 막론하고 모든 생물체의 세포에는 원형질이 있다. 단, 동물 세포에서 원형질막은 세포의 가장 바깥에 있지만 식물 세포에서는 세포벽 바로 안쪽에 있다. 이와 같이 원형질막은 세포질을 둘러쌈으로써 세포 외부의 환경으로부터 세포질을 물리적으로 분리한다. 이로써 세포질 내에서의 생명활동이 세포 외부의 환경과 독립적으로 일어날 수 있다.1)

목차

  1. 1.원형질막의 세포 보호 기능
  2. 2.원형질막의 주요 구성요소
    1. 2.1.지질
    2. 2.2.단백질
    3. 2.3.탄수화물
  3. 3.원형질막의 모델 - 유동 모자이크 모델(fluid mosaic model)
  4. 4.생명현상과 직결된 원형질막의 생화학적 기능
    1. 4.1.선택적 투과성
    2. 4.2.세포의 신호 전달
  5. 5.참고문헌

원형질막의 세포 보호 기능

원형질막은 세포의 구조를 지탱해 준다. 일반적으로 원형질막 안쪽에는 미세소관과 같은 세포 골격을 가지게 되는데 세포 골격이 세포의 모든 부분을 잡아 두는 네트워크로 작용하여 세포의 구조 및 형태가 유지되도록 한다. 식물세포의 경우 원형질막 외부에 섬유소와 같은 고분자로 구성된 세포벽을 가지므로 삼투압이 전혀 맞지 않는 환경에 처해도 파열되지 않는다.

원형질막의 주요 구성요소

지질

원형질막은 대부분 인지질이라고 불리는 분자로 이루어져 있는데, 인지질은 자연적으로 외부에 물에 잘 녹는 친수성 머리와 내부에는 물과 섞이지 않는 소수성 꼬리가 있는 이중층으로 배열된다. 물과 인지질의 서로 섞이거나 섞이지 않는 상호 작용 때문에 인지질의 이중층이라는 원형질막의 기본 구조가 형성된다. 또한 콜레스테롤은 막의 견고함을 조절하는 데 도움이 되는 지질로 중요하며 이외에 소수의 지질이 세포 신호 및 세포 인식에 있어서 중요한 역할을 한다.

단백질

단백질은 막을 구성하는 인지질에 세포 외부를 향하거나 내부를 향하여 떠 있거나 막 내부를 관통하여 끼어 있다. 이와 같은 원형질막 횡단 단백질은 구멍을 형성하여 원형질막을 쉽게 통과하지 못하는 분자를 선택적으로 통과시킨다. 이런 방식으로 세포의 안팎으로 필요한 분자들의 흐름을 제어한다. 이외에도 원형질막의 단백질은 세포간의 신호, 세포의 특정 물질 인식 및 효소 활동과 같은 다양한 기능을 수행한다.

탄수화물

원형질막에있는 대부분의 탄수화물은 막단백질에 부착된 당단백질의 일부를 구성한다. 당단백질은 세포가 서로 붙는 과정을 포함한 세포 간의 상호 작용에 있어서 중요한 역할을 한다.

원형질막의 모델 - 유동 모자이크 모델(fluid mosaic model)

기술적으로 논하자면 원형질막은 액체 상태이며 상온에서 식물성 기름과 같은 정도의 견고함을 유지한다고 볼 수 있다. 단백질과 탄수화물은 액체 상태의 인지질 이중층에 여기 저기 떠 있는 것처럼 분포하고 있으며 상대적으로 자유롭게 막을 가로지를 수 있다. 이와 같은 양상을 설명하기 위하여 S.J. Singer와 G.L. Nicolson이 유동 모자이크 모델을 1972년에 제시하였다.2)

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생명현상과 직결된 원형질막의 생화학적 기능

선택적 투과성

원형질막은 특정 분자만 막을 통과할 수 있도록 하는 선택적 투과성(또는 반투성)을 가진다. 산소 및 이산화탄소 등 기체 분자는 비교적 쉽게 원형질막을 통과 할 수 있다. 그러나 일반적으로 이온(예 : 나트륨, 칼륨) 및 극성 분자는 막을 통과 할 수 없다. 따라서 이온이나 극성 분자들은 자유롭게 확산되는 대신 원형질막을 가로질러 있는 특정 채널이나 구멍을 통과해야 한다. 이 같은 특성을 이용하여 원형질막은 특정 분자가 세포로 들어오고 나가는 속도를 제어 할 수 있다.

세포의 신호 전달

원형질막은 세포 사이의 통신 및 신호 전달을 촉진하는데 관여한다. 원형질막의 주성분 중 다양한 단백질과 탄수화물을 사용하여 신호를 전달할 수 있는데, 특정 세포의 탄수화물이나 단백질은 그 세포를 '표시'하는 표지 기능을 할 수 있으므로 다른 세포가 그 세포를 쉽게 식별 할 수 있도록 한다. 또한 신호 물질인 식물호르몬과 같은 분자가 특정 작업을 수행 할 수 있도록 인지하는 기능을 가진 수용체 단백질을 통한 자극의 전달은 대표적인 세포 간 통신 및 신호 전달의 예라고 할 수 있다.

원형질막의 구조 (출처:한국식물학회)

참고문헌

1. 생명과학교재편찬회 역 (2015) 지구의 생명 생명과학. 탐구당, 75-80
2. Singer SJ, Nicolson GL (1972) The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science, 175: 720–731