세포막

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모든 살아있는 생물의 세포는 이중층으로 구성되어 있는 세포막(원형질막)으로 둘러싸여 있다. 세포막은 물리적으로 외부 환경과 세포 내부를 구분하여, 세포막 안에 있는 모든 것을 "세포내", 세포질 밖에 모든 것을 "세포외"라 한다. 세포막은 대략 10 나노미터 두께이며, 투과 전자 현미경으로 희미하게 구분할 수 있다. 세포막은 인지질과 단백질, 약간의 다당체로 구성되어 있으며, 유동성을 지닌 인지질 이중층에 다양한 단백질들이 파묻혀 있는 유동 모자이크 형태여서 분자들이 막에서 재빨리 이동할 수 있다(그림 1). 인지질 분자는 소수성 층과 친수성 층으로 나눌 수 있으며, 글리세롤 뼈대를 중심으로 소수성 층은 지방산, 친수성 층은 인산으로 구성되어 있다(그림 2). 물속에서 인지질은 친수성 머리 부분이 용매에 노출되는 반면 소수성 꼬리는 물과의 접촉을 최소화하기 위해 서로 마주보는 방식으로 이중층을 형성한다. 세포막의 유동성 정도는 세포막을 구성하는 콜레스테롤과 불포화탄화수소 꼬리에 의해 영향을 받는다. 단백질, 지질, 탄수화물 등은 이중층의 각 충에 비대칭적으로 위치하기 때문에 한쪽 면이 다른 쪽 면과 다른 구성요소와 구조를 가지게 된다.  

그림 1. 세포막의 구조 (출처: )

그림 2. 인지질의 친수성 머리 및 소수성 꼬리 ()

세포막은 세포질을 보호하고, 세포내의 내용물을 세포내에 고정시키는 기능을 하고 있으며, 영양흡수 및 노폐물을 배출하는 선택적 투과 기능을 수행하고 있어 세포막이 파괴되면 세포질이 누출되어 세포가 죽게 된다. 세포막의 또 다른 중요한 역할은 세포전위를 유지하는 것이다. 세포 표면막은 수송 단백질, 수용체 단백질과 세포부착 단백질(막단백질) 등을 지니고 있어, 세포막 수송 단백질들은 세포 안팎으로 분자가 출입할 수 있도록 능동적으로 도와주고 조절하는 문지기 역할을 수행하고 수용체 단백질들은 세포외 분자와 결합하여 세포내 반응을 촉발시킨다. 이외에도 다른 기능을 수행하는 단백질들도 존재하는 데, 이러한 단백질은 세포 기능 및 조직 구성을 항시 일정하게 유지하는 데 매우 중요한 역할을 담당한다. 세포막은 시토크롬 산화효소, 탈수소화효소, ATP 효소등 에너지 생산 및 물질 생산에 관여하는 다양한 효소 및 전자운반체를 가지고 있다.

 원핵세포의 세포막은 세포벽의 전구물질을 합성하고 물질을 분비하며, 고등생물 세포의 미토콘드리아 대신 호흡기능을 수행한다. 또한 세포막의 편모 기저 부위에는 모터 단백질이 있어 편모를 회전시킨다. 남세균과 같이 일부 광합성 세균들은 원형질막이 세포질 안쪽으로 길게 뻗어있고 접혀있는 틸라코이드(thylakoid)를 지니고 있는데 색소와 광합성 관련 분자들이 막에 끼어 있는 층상구조의 소낭 형태로 광합성 장치를 구성한다.

진핵세포의 경우 세포막은 세포 내부에 핵, 소포체, 골지체, 리소좀, 액포 등 소기관의 범위를 정하는 망을 형성하여 세포내에 특수화된 기능을 수행하는 구획을 만든다. 한편, 세포막 표면의 당단백질(glycoprotein)은 숙주-기생균 사이의 인식작용에서 중요한 역할을 한다. 체내 모든 세포는 세포막의 외면에 다양한 분자로 이루어진 독특한 "지문"을 갖고 있는데, 면역계는 생소한 표면 분자를 지닌 세포를 공격하게 되므로 이 지문은 면역계 기능을 수행하는 데 매우 중요하다. 

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강현아/중앙대학교

조유희/차의과학대학교

1. Star, C. Evers, C. Star, L 2008. Biology: Concepts and Application, 7^th Edition. Thomson Brocks/Cole

2. Hoefnagels, M. 2015. Biology: Concepts and Investigations, 3^rd Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc.