원형질막과 관련된 구조

원형질막과 관련된 구조

세포는 생명체의 구조와 기능의 기본 단위입니다. 세포의 많은 기능은 세포 소기관(organelle)에 의해 일어납니다. 원형질막을 통해 세포 내 구획과 세포 외 구획 사이에 선택적인 통신(communication)이 일어납니다. 세포는 작고 단순해 보이지만 몇 가지 공통적 특성을 갖고 있습니다.

 

원형질막(plasma membrane): 원형질막은 세포 내 구조를 세포 외 환경으로부터 분리하고 선택적 침투성을 가집니다. 또한, 세포 간 통신(intercellular communication)을 합니다.

 

세포질(cytoplasm)과 세포소기관(organelle): 세포질은 세포막 안쪽과 핵 바깥쪽 사이의 부분에 해당하며, 세포소기관은 특정 기능을 하는 세포 내 아세포구조(subcellular structure)입니다.

 

핵(nucleus): 세포의 유전물질로 세포의 모든 생명 활동을 통제합니다. 핵 속에는 1개 또는 2개 이상의 인(nucleoli)이 있고, 인은 라이보솜(리보솜, ribosome)을 만듭니다.

 

원형질막의 구조

원형질막(plasma membrane) 또는 세포막(cell membrane)과 세포 소기관을 둘러싸는 모든 막은 주로 인지질과 단백질로 되어 있으며, 세포막 속의 인지질은 이중 층으로 되어 있습니다. 막의 소수성 부분은 물, 이온 및 수용성 물질의 이동을 제한합니다. 막단백질은 보통 표재단백질(peripheral protein)이나 내재 단백질(integral protein)로 구성됩니다.

 

유동 모자이크 모델(fluid-mosaic model)은 막의 구조가 인지질의 이중 층 내에 단백질들이 모자이크 상으로 편성되고 유동성을 갖고 움직인다는 학설입니다. 세포막 단백질들은 구조적 지지, 물질 수송, 효소 반응의 조절과 같은 다양한 기능에 관여합니다. 어떤 단백질들은 호르몬과 다른 조절 분자의 수용체(receptor)로 작용하는 한편, 다른 단백질들은 항원(antigen)으로 작용하기도 합니다.

 

지질과 단백질 이외의 세포막은 바깥 표면에 당단백질과 당지질을 갖고 있습니다. 막 표면 탄수화물에 나 있는 수많은 음(-)전하는 세포 간의 상호작용에 영향을 미치는데, 예를 들어 적혈구를 서로 분리합니다.

 

식작용

대부분의 분자와 이온은 세포막의 통로를 통해 이동합니다. 그러나 세포 주변의 거대한 물질의 수송에도 세포막이 관여합니다. 즉, 식작용(phagocytosis)과 세포 내 유입(세포내이입, endocyosis)입니다. 백혈구와 대식세포(macrophage)는 위족(허족, pseudopod)을 내어 아메바 운동(amoeboid movement)을 합니다. 이 과정은 막에 걸쳐 있는 인테그린(integrin)과 세포막 바깥 단백질과의 결합에 달렸습니다.

 

백혈구나 간세포(liver cell)는 위족을 사용하여 세균 같은 입자들을 삼키는데 이를 식작용(phagocytosis)이라고 합니다. 결국 식작용은 침입하는 세균으로부터 보호하고 세포의 찌꺼기를 제거하는 작용을 합니다.

 

식작용 세포는 위족으로 세균을 에워싸며 위족은 서로 융합하고, 섭취된 세균은 세포 내 식포(food vacuole) 속에 갇히게 되고 이는 라이소솜과 융합한 후 라이소솜 효소들에 의해 분해됩니다.

 

세포 내 유입

세포 내 유입(endocytosis)은 세포막이 안으로 함입하는 과정으로 음세포작용(pinocytosis)도 이에 속한다. 세포는 음세포작용을 통해 세포 외 액에 있는 다른 분자뿐만 아니라 단백질과 같은 큰 분자를 삼킵니다. 다른 형태의 세포 내 유입으로는 수용체-매개 세포 내 유입(receptor mediated endocytosis)이 있는데, 세포 외 분자가 세포막의 특정 수용체 단백질과 결합함으로써 일어납니다.

 

이 경우 세포의 특정 분자와 특정 막 수용체 단백질(specific membrane receptor protein)이 상호작용하여 막이 안쪽으로 함입하고 융합한 다음 떨어져 나와 소포(vesicle)를 형성합니다. 이처럼 형성된 소포는 다른 방법으로 세포 안에 들어올 수 없는 세포 외 분자 와 유동액을 갖게 됩니다. 대표적인 예로 특정 단백질에 결합한 콜레스테롤이 수용체 매개 세포 내 유입에 의해 동맥 세포 안으로 흡수되는 경우가 있는데 동맥경화증을 유발하는 원인이 됩니다.

 

세포 외 유출

세포 외 유출(exocytosis)은 세포의 생성물들이 세포 밖으로 분비되는 과정입니다. 세포 밖으로 분비되는 단백질과 다른 분자는 골지체에 의해 소포 속에 포장됩니다. 세포 외 유출 과정에서 분비소포(secretory vesicle)는 세포막과 융합한 다음 그 내용물을 세포 밖으로 방출합니다. 예를 들어 신경 말단이 신경전달물질을 방출하는 것입니다.

 

섬모와 편모

섬모(cilia)는 세포 표면에서 돌출하는 가는 머리카락 모양의 구조로 인간은 호흡기와 여성 생식기의 상피세포에서 발견됩니다. 우리 몸에서 편모(flagella)를 가진 것은 정자세포(sperm cell)입니다. 섬모와 편모는 모두 미세소관 (microtubule)으로 구성되며, 중앙에 위치한 한 쌍의 미세소관은 9쌍의 다른 미세소관으로 둘러싸여 있습니다. 이러한 형태를 ‘9+2’ 배열이라고 합니다.

 

미세융모

세포막 표면은 미세융모(microvili)에 의해 증가한다. 예를 들어 창자 내 상피막을 통한 소화 산물의 신속한 수송은 미세융모에 의해 일어난다. 창자의 정단막(apical membrane) 표면적은 수많은 손가락 모양의 돌기로 증가합니다. 이러한 미세융모는 콩팥 요세관(신세뇨관, kidney tubule)의 상피세포에서도 발견되며 혈액에서 여과된 물질을 재흡수합니다.