운동 생리학- 세포막 (cell membrane)

모든 세포는 원형질막이 세포안쪽과 바깥쪽을 경계선을 이루고 있고, 세포막에 의해 둘러싸여 있다.

세포막은 인지질(phospholipids)에 의해 둘러 싸야 있다. 인지질은 큰 지방 분자로써 트라이글리세리드와 비슷하다.

또한, 인지질은 글리세롤(glycerol) 과 지방산을 포함하고 있다. 인지질의 머리부분은 물과 친한특성인 친수성을 나타내고, 꼬리부분은 소수성인 물에 친화적이지 않은 특성을 갖고 있어, 꼬리부분끼리 맞닿아 있고 헤드부분은 서로 반대방향을 가리키게 된다. 이러한 특성으로 인해 세포 안과 밖을 부분하는 경계선을 형성하게 된다.

 

 

세포막은 인지질의 두 개의 층으로 이루어져 있다. 세포 안쪽과 바깥쪽의 유체가 모두 물을 포함하고 있어 인지질의 헤드부분이 안과 바깥쪽을 바라보게 된다.

 

세포막은 다른 분자들도 포함하고 있다. 즉, 단백질, 콜레스테롤, 탄수화물 등이 다양한 형태로 세포막에 포함되어 있다.

단백질 또한 두가지형태로 세포막에 포함되어 있다. 하나는 세포막에 끼워져있는 완전 단백질(intergral protein)이다.

그 중 대표적으로 channel protein 을 예로 들 수 있다. 

채널 단백질(channel protein)의 경우, 이온, 나트륨, 칼륨 등과 같은 특정한 물질들을 선택적으로 세포 밖과 안을 이동시키는 통로 역할을 한다. 

단백질은 기능에 따라 나눌 수 있는데, 다른 세포와 커뮤니케이션을 담당하는 단백질도 포함되어 있고, 탄수화물과 결합된 형태인 글리코 프로틴(glycoprotein)으로도 포함되어 있다. 

 

콜레스테롤은 세포막에 있어 유체화 시켜주는 중요한 역할을 담당하고 있는데, 즉 너무 딱딱해지지 않거나 너무 액체화 되지 않게 해주는 역할을 한다.

 

 

세포 안과 밖으로 이동하는 물질들인 칼슘(Ca++),나트륨( Na+) ,칼륨( K+) ,염( Cl–) ,산소, 탄소, 알코올 등등 은 세포막을 통해 이루어지는데, 이 때 이동은 선택적으로 이루어지는데, 특정한 물질들이 이동할 때, 다른 물질들의 이동은 이동할 수 없게 된다.

active, passive,  bulk cell transport 로 나눌 수 있다.

 

수동적인 이동(passive Transport)

에너지소비없이 물질들이 이동하는 것을 나타낸다. 상대적으로 작고, 극성인 아닌 물질들은 도움이 없이 이동하기도 한다.  확산 또는 발산(diffusion) 과  삼투압(osmosis)의 수동적 이동이 있다.

확산은 서로 다른 농도기울기(concentration gradient)의 의해서 집중도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 농도가 똑같아질 때까지 이동하게 된다. 예를 들어 기체인 산소는 세포 밖에 농도가 주로 높아 안쪽으로 많이 이동하고, 이산화탄소는 세포 안에 농도가 높아 밖으로 발산/ 확산이 이루어진다. 물 분자의 경우에는 삼투압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 된다. 이동은 담당하는 세포막에 있는 단백질들은 모양을 바꾸어 그들이 통과할 수 있게 하는데 이를 중개확산(facilitated diffusion)이라고 한다. 예를 들어 글루코스 같은 경우에는는 크기가 크고 극성이기 때문에  분자들이 스스로 세포막을 자유롭게 통과할 수 없을 때 도와주는 역할을 한다.

 

 

능동적인 이동( Active Transport)

물질들이 이동함에 있어 에너지를 필요로한다. 

가장 보편적인 방법 세포막에 있는 단백질의 펌프작용을 통해 이루어진다. 이 또한 세포 밖과 세포 안의 농도 차이로 인해 물질의 이동이 이루어진다.이는 낮은 농도에 있는 물질을 높은 농도 쪽으로 보내는 것을 말한다.

대표적으로 나트륨과 칼륨의 펌프(sodium-potassium pump )작용을 말할수 있다. 

나트륨은 세포 밖으로 칼륨을 세포 안쪽으로 이동시키는 것을 말한다. 이러한 펌프 작용은 신경 세포에 가장 풍부하게 분포해 있고 전기 기울기(electric gradient)를 유지하기 위해서이다.  세포 안쪽은 전기 기울기는 약 -70 mV 유지한다.

펌프작용은 3개의 Na+ 이온이 세포 밖으로 2개의 K+이온이 세포 안으로 들어오는데 각각 ATP에너지가 사용된다. 이러한 기능은 신경세포에있어 중요하게 역할을 하고 있고, 많은 ATP 에너지가 사용된다.

 

소낭에 의한 이동(bulk cell transport) 

큰 분자의 물질을 이동시킬 때에는 소낭(vesicle)이라고 불리는 기관에 의해 세포 밖과 안으로 이동한다.  이러한 이동은 세포막에 있는 단백질에 도움이 필요 없게된다. 이렇게 세포 안쪽으로 이동하는 것을 세포 이물 흡수(Endocytosis) 라고 부른다. 

물질의 상태와 크기에 따라 3가지의 이물 흡수 방법이 있다. 식균작용, 포액작용, 수용체매개 세포내 섭취방법이 있다.

식균작용(phagocytosis )-보통 음식물 입자들처럼 상대적은 큰 입자들을  세포내 흡수 시킬 때 이용된다.

포액작용(pinocytosis)-세포막이 액체를 싸다시피하여 세포내로 흡수 섭취하는 방법이다.

수용체 매개 세포내섭취(receptor-mediated endocytosis)- 특정한 물질들을 수용기분자들과 조합하여 흡수 섭취하는 방법이다.

 

 

참조

O. (2013). Anatomy and Physiology by OpenStax (Official Print Version, paperback, B&W) (1st ed.)