세포내막

세포 내부에 존재하는 막을 뜻한다. 진핵세포 내에서 여러가지 세포 소기관을 형성하고 있으며, 핵막, 소포체, 골지체, 분비소포 등이 이에 포함된다¹⁾. 이러한 세포내막들의 관계를 세포내막계(Internal membrane system 또는 endomembrane system)라고 부른다. 세포내막계는 물리적으로 연결되어 있거나 막으로 된 작은 주머니인 소포(vesicle)에 의해 연결되어있다. 또한 세포내막계를 구성하는 세포 소기관은 대부분 분자합성, 분배, 저장, 분비 등에 관여한다²⁾.

진핵세포 내의 세포내막계 (출처: 수정)

목차

세포내막은 일반적인 세포막과 같은 구조로 Jonathan singer와 Garth Nicolson이 제안한 유동 모자이크 모델(fluid mosaic model)에 따르면 세포막은 인지질 이중층(bilayer)에 단백질이 삽입되어 있는 형태이다. 인지질은 인산을 함유하고 있는 친수성(hydrophilic) 머리와 2개의 소수성(hydrophobic) 지방산이 연결된 형태이며, 소수성을 띠는 꼬리는 막의 안쪽으로, 극성을 띠는 머리는 막 밖으로 노출되어 있다. 이러한 인지질 이중층(phospholipid bilayer)은 두 장소를 차단하는 장벽을 형성하는데, 세포막의 지질은 포스파티딜에탄올아민(phosphatidylethanolamine), 포스파티딜세린(phosphatidylserine), 포스파티딜콜린(phosphatidylcholine), 스핑고미엘린(sphingomyelin) 등으로 이루어져 있으며, 이 조성은 세포막의 종류에 따라 다르다³⁾.

세포막의 생리적 기능은 막 단백질에 의해 달라지며, 막 단백질은 지질 이중층을 관통하는 내재성 막 단백질(integral membrane protein)과, 내재성 막 단백질과의 상호작용으로 막에 결합된 외재성 막 단백질(peripheral membrane protein)로 구분된다. 이러한 막 단백질들은 세포의 외부 신호에 대한 수용체로 작용하거나 막을 통과한 물질들의 선택적인 수송에 관여하며, 전자 전달 및 산화적 인산화 반응에 참여하기도 한다³⁾.

막지질과 막 단백질 분자는 자유롭게 회전하면서 수평 방향으로 이동하는 유동체이며, 이러한 유동성은 온도와 지질의 조성에 따라 달라진다. 특히 불포화 지방산을 함유하는 막은 유동성이 증가한다³⁾.

세포막의 구조  (출처: 수정)

핵을 둘러싸고 있는 이중막이다⁴⁾. 각각의 막은 인지질 이중층과 단백질로 구성되어 있으며, 막 사이의 공간은 소포체와 연결되어 있다. 이중막 중 외막은 소포체의 막과 기능적으로 비슷하며, 내막은 핵 라미나와 결합하는 단백질들을 가지고 있다. 핵막은 핵과 세포질 사이의 물질이동을 조절하며, 특히 RNA와 단백질 같은 거대한 분자의 물질들은 핵막 표면에 존재하는 핵공을 통해 이동할 수 있다³⁾.

소포체의 영어 명칭인 endoplasmic은 ‘세포질 안’을, reticulum은 ‘작은 그물’을 의미한다²⁾. 가지처럼 뻗어있는 관(tubule)과 세포기질을 향해 뻗어있는 주머니(sac)들로 구성되어 있으며, 이들은 서로 연결되어있다⁵⁾. 소포체의 종류에는 활면소포체(smooth endoplasmic reticulum)와 조면소포체(rough endoplasmic reticulum)가 있으며, 이들은 구조와 기능이 각각 다르다.

활면소포체는 표면에 부착된 리보솜이 없어 전자현미경으로 관찰할 때 매끄러운 모양으로 보이며, 지방과 인지질, 스테로이드와 같은 지질 합성에 중요한 역할을 한다. 조면소포체는 막의 표면에 리보솜이 붙어있어 전자현미경으로 관찰하면 거친 표면을 볼 수 있다. 조면소포체는 인지질을 생성하며 생성된 인지질은 소포체의 막에 끼어들어 소포체의 막을 확장하고, 이 막의 일부는 소포 형태로 전환되어 세포내막계의 다른 막으로 전달된다. 또한 조면소포체 표면에 붙어있는 리보솜은 단백질을 생성하며, 이들은 확장 중인 소포체 막에 끼어들거나 다른 세포 소기관으로 전달 또는 세포 밖으로 분비된다. 다른 장소로 이동하는 단백질은 전이소포체(transitional endoplasmic reticulum)로부터 운반소포(transport vesicle)라고 하는 주머니에 포장되어 소포체 막으로부터 분리된다. 소포체 막에서 분리된 운반소포는 단백질을 골지체로 이동시키며, 이동된 단백질은 골지체에서 최종적인 형태의 단백질이 된다²⁾.

1898년에 이탈리아의 과학자인 카밀로 골지(Camillo Golgi)에 의해 발견되었다²⁾. 골지체는 차례로 쌓여 있는 납작한 주머니(cisternae)와 소포들로 구성되어 있으며, 소포체에서 생성된 물질을 저장하고 완성시키는 역할을 한다²⁾³⁾. 골지체의 한쪽 면은 소포체로부터 만들어진 장소로, 소포체에서 출발한 운반소포는 이곳에 먼저 도착한다. 도착한 운반소포는 골지체와 융합하여 막 안의 내용물을 골지체 안으로 이동시킨다. 골지체를 통과하면서 변형된 생성물은 발송장소에 도착한 후, 새로 생성된 소포안으로 들어가 다른 장소로 이동하게 된다. 이때 골지체 내부를 이동하는 생성물은 주로 당단백질의 탄수화물 부분이 변형된형태라고 알려져 있다. 골지체는 한 세포 내에 수백 개까지 존재할 수 있으며, 세포 내 골지체의 수는 세포의 단백질 분비량과 연관이 있다²⁾.

리소좀(lysosome)은 효소를 가지고 있는 주머니이며, 그 이름은 ‘분해체’(breakdown body)를 의미하는 그리스어에서 기원하였다. 리소좀의 효소와 막은 조면소포체에서 만들어지고 골지체에서 가공된다. 리소좀은 손상된 세포소기관이 얇은 막으로 둘러싸여 소포가 형성될 경우, 생성된 소포와 융합하여 내용물을 분해시킨 후 유기분자들이 재활용될 수 있도록 한다²⁾.

효소, 세포 소기관, 막단백질, 막지질, 외막, 세포질, 소포체, 리보좀, 골지체, 리소좀(lysosome), 진핵세포

전체옥/중앙대학교

이하나/고려대학교

1. 강영희. 2008. 세포내막계. 생명과학대사전, 아카데미서적
2. Reece, J.B., Taylor, M.R., Simon, E.J., and Dickey, J.L. 2011. Campbell biology: concepts and connections. 7^th ed. pp. 52–56. Pearson
3. Cooper, G.M. and Hausma, R.E. 2014. The Cell: a molecular approach. 6^th ed. pp. 603–604. Sinauer Associates: Sunderland, MA
4. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Gatto, G.J.Jr., and Stryer, L. 2002. Eukaryotic cells contain compartments bounded by internal membranes. Biochemistry. 5^th ed., W. H. Freeman.
5. Albert, B. 2002. The endoplasmic reticulum. Molecular biology of the cell. 4^th ed., Garland Science