01 세포막을 통한 물질 이동-1, 세포막의 구조와 기능

세포막의 구조

세포막의 특성:

• 생명 활동이 일어나고 세포질 바깥쪽을 두러싸고 있는 막이다.
• 세포와 세포 외부 환경 사이의 물질 출입을 선택적으로 조절한다.
• 세포 밖의 환경에서 오는 신호를 세포 안으로 전달한다.
• 세포의 형태를 유지하고, 세포를 보호한다.
• 주성분은 인지질과 단백질이다.

(1) 인지질 2중층

인지질
중성 지방을 이루는 글리세롤과 3분자의 지방산 가운데 지방산 1분자 대신 인산기가 결합하여 만들어진 물질이다.
인산기가 있는 머리 부분은 친수성을, 지방산이 있는 꼬리 부분은 소수성을 나타낸다.

• 친수성을 띠는 머리 부분은 친수성을, 지방산이 있는 꼬리 부분은 소수성을 나타낸다.

• 친수성을 띠는 머리 부분이 세포막의 양쪽 밖으로 배열되어 물과 접하고, 소수성을 띠는 꼬리 부분이 마주 보며 안쪽으로 배열되어 2중층을 형성한다.

• 세포막은 두께 약 5~10 nm의 얇은 막으로 전자 현미경 관찰 시 두 줄의 검은 띠(인지질 2중층)로 관찰된다.

• 세포 안에 들어 있는 막 구조의 모든 세포 소기관은 인지질 2중층으로 되어 있고, 이를 생체막(단위막)이라 한다.

• 친수성이거나 이온, 크기가 큰 분자는 인지질 2중층을 통해 세포 안팎으로 이동할 수 없다.
  예) 인지질 2중층을 통과할 수 있는 물질: CO₂, O₂ 등 크기가 작고 극성이 없는 물질과 지용성 물질

(2) 막단백질

• 막단백질은 인지질 2중층에 모자이크처럼 배열되어 있다.

• 인지질의 유동성 때문에 고정되어 있지 않고, 그 위치가 쉽게 변한다.
• 대부분 친수성과 소수성 부분을 함께 가지고 있어 인지질 2중층에 파묻혀 있거나 관통하거나 표면에 붙어 있다.

 

막단백질의 위치에 따른 분류

• 외재성 단백질: 인지질 2중층의 표면에 붙어 있는 것이다.

• 내재성 단백질: 인지질 2중층에 파묻혀 있는 것으로, 인지질 2중층을 관통하는 것과 관통하지 않는 것이 있다.

 

막단백질의 특징 및 기능

• 구성 아미노산의 성질에 따라 소수성을 띠거나 친수성을 나타낸다.

• 탄수화물과 결합하는 경우 당단백질을 구성하여 세포 간 인식에 관여한다.

• 세포의 생명 활동에 필요한 물질을 외부로부터 흡수, 세포 내에서 생긴 불필요한 물질 배출 등 물질 수송에 관여한다.

• 호르몬 등 특정 화학 물질과 결합하는 호르몬의 수용체로 신호 전달 역할을 한다.

• 물질대사에 관여하는 효소 역할을 한다.

 

세포막의 특성
(1) 유동 모자이크막 구조

• 막단백질이 인지질을 따라 움직이면서 나타나는 구조이다.
• 동물 세포의 세포막은 인지질 외에 콜레스테롤을 포함한다.

(2) 막의 유동성에 영향을 주는 요인

• 불포화 탄화수소 꼬리와 포화 탄화수소 꼬리
  불포화 탄화수소 꼬리들은 꺾인 모양으로 틈이 채워지지 않게 하여 막의 유동성을 증가시킨다.
  포화 탄화수소 꼬리들은 서로 밀착되어 막의 유동성이 감소한다.

• 동물 세포막 내의 콜레스테롤
  온화한 온도에서 콜레스테롤은 인지질의 이동을 감소시켜 막의 유동성을 감소시킨다.
  낮은 온도에서는 인지질이 정상적으로 채워지는 것을 방해하여 고체화를 억제한다.

(3) 선택적 투과성: 막의 특성에 의해 세포막을 통한 물질의 이동이 선택적으로 일어나며, 선택적 투과성 정도는 인지질 2중층의 장벽과 막에 있는 특정 수송 단백질들에 의해 결정된다.

• 탄화수소, CO₂, O₂ 등과 같은 비극성 분자들은 소수성으로, 막의 인지질 2중층에 용해될 수 있어서 막단백질의 도움 없이도 쉽게 막을 통과한다.

• 막의 소수성 중심부는 친수성인 이온과 극성 분자들이 막을 직접 통과하지 못하게 막는다.

• 포도당 및 기타 당처럼 극성인 분자들은 인지질 2중층을 매우 천천히 통과할 수 있으며, 극히 작은 극성 분자인 물도 아주 빠르게 통과할 수는 없다.

• 전하는 띤 원자나 분자 또는 이를 둘러싼 수화 껍질은 막의 소수성 내부를 통과하기 어렵다.

(4) 수송 단백질: 친수성 물질들은 막을 관통하는 수송 단백질을 통해 통과한다.

• 통로 단백질: 친수성 통로로서 역할을 한다.
  예) 물 분자의 통로 단백질: 아쿠아포린
• 운반체 단백질: 물질 운반 시 구조가 변한다.
  예) Na⁺-K⁺ 펌프(에너지원으로 ATP 사용)

 

참고자료: 지학사 교과서 생명과학2, 고등 하이탑 생명과학2, EBS 수능특강 생명과학2