[세포생물학] 3.1 : 세포막 - 인지질(phospholipid), 콜레스테롤(cholesterol)

이번 포스트부터는 세포막(Cell membrane)에 대해 본격적으로 알아볼게요.

 

다들 세포(cell) 하면 위와 같은 이미지를 떠올리실텐데요.

 

이 중 세포의 맨 가장자리 부분에 있는 막을 세포막(cell membrane)이라고 부르죠.

 

 

이 막은 엄청나게 중요한데요. 세포 막이 있으므로 비로소 세포막 안쪽을 '세포 내부'라고 정할 수 있겠죠? 따라서 세포의 형태 그 자체에 있어서도 매우 중요하고요. 그 밖에 세포막을 통해서 각종 물질들이 들락날락하기 때문에, 세포막은 일종의 검문소 역할도 수행해요. 

 

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자, 그럼 이러한 세포막을 구성하고 있는 대표적인 성분은 무엇인가? 하고 누가 물어본다면,

 

인지질, 콜레스테롤, 단백질

 

정도를 말해주면 아주 틀린 건 아니에요.

물론 그 밖에도 당지질, 당단백질을 비롯한 수많은 녀석들이 세포막을 이루고 있기는 하지만... 그럼에도 세포막의 기본적인 구성요소가 인지질, 콜레스테롤, 단백질이라는데는 모두가 동의할 것 같아요.

 

 

오늘은 이 중 인지질과 콜레스테롤에 대해 알아보도록 할게요.

 

이 두 녀석을 함께 알아보는 건 나름의 이유가 있는데요.

 

 

인지질과 콜레스테롤은 둘 다 '지질(lipid)'이라는 카테고리 안에 포함되어 있어요.

 

 

중학교 생물시간부터 주구장창 배우는 탄수화물 지방 단백질 아시죠??

 

그 중 우리가 '지방'이라고 말했던 녀석이 '지질'이랑 같은 의미라고 생각하시면 될 것 같아요.

 

 

사실 지질은 탄수화물, 단백질과는 조금 분류방식이 다른데요.

 

탄수화물, 단백질은 특정한 화학 구조를 바탕으로 구분되는 반면,

지질은 그냥 물을 싫어하는 성질, 즉 hydrophobic한 성질(소수성)을 가진 분자들이 모두 모여있는 카테고리에요.

 

 

따라서 인지질, 콜레스테롤 같은 녀석들은 다소 분자구조가 다를지라도, 물을 싫어하는 소수성을 가진다는 공통점이 있어요.

1. 인지질(phospholipid)

 

우선 인지질에 대해서부터 좀 더 자세히 알아보죠.

 

 

인지질(phospholipid)은 아래와 같이 생겼어요.

 

 

인지질의 구조를 보면 마치 두 다리와 아주 커다란 머리로 이루어져 있는 것처럼 보이는데요.

 

이 중 아주 큰 머리같이 보이는 부분이 hydrophilic head예요.

(여기서 hydrophilic이라는 말은 물을 좋아한다는 뜻이에요)

머리 부분에는 glycerol과 phosphate, 그리고 R기가 존재하는데요.

이 중 glycerol은 그냥 알코올의 한 종류이고요. 그 위에 붙어있는 phosphate, 즉 인산기가 전하를 띄기 때문에 결과적으로 head 부분이 물과 친한 친수성을 가지게 되는 거에요.

 

 

그리고 두 다리처럼 보이는 부분이 hydrophobic tail인데요.

(이 때 hydrophobic이라는 말은 물을 싫어한다는 뜻이에요)

이 tail 부분은 지방산(fatty acid)로 부르면 되고, 탄화수소로 이루어져 있어요.

그런데 이 때 C와 C 사이가 모두 단일결합으로 연결되어 있으면 saturated fatty acid(포화지방산), 이중결합으로 연결되어 있으면 saturated fatty acid(불포화지방산)라 불러요. 이 둘의 차이에 대해서는 차후 포스트에서 더 자세히 알아볼게요.

 

 

 

그런데 이 시점에서 이런 질문이 나올 수 있죠.

아까 지질들은 모두 물을 싫어한다고 하지 않았나요?? 왜 물을 좋아하는 head가 있는거죠?

 

물론 head 부분이 친수성이기는 하지만, 꼬리 부분의 소수성이 더 강해서, 결국 전체 분자는 소수성의 성질을 띄게 되는거죠.

따라서 지질 분자라고 해서 분자 내부의 모든 부분이 다 소수성일 필요는 없어요. 아주 일부는 친수성일 수 있는 거죠. 

 

 

특히 인지질은 머리는 친수성, 꼬리는 소수성인 아주 독특한 구조를 가지고 있는데요, 이러한 성질을 양친매성(amphiphilic)이라고 해요. 그리고 이 성질이 세포막 구성에 있어 핵심적인 성질이라 할 수 있어요.

 

 

 

무슨 말이냐, 위 그림처럼 물을 좋아하는 머리 부분은 물과 맞닫는 바깓쪽 부분으로, 물을 싫어하는 다리 부분은 물과 맞닫지 않는 안쪽 부분으로 배향된 결과, 머리들은 바깥쪽으로, 다리들은 안쪽으로 몰려 형성된 인지질 이중층(lipid bilayer)이 만들어지게 되는거죠. 실제로 세포막은 위와 같은 인지질 이중층으로 구성되어 있어요.

 

참고로 이런 인지질 이중층을 이루지 않고 그냥 인지질들이 한겹으로 둥그렇게 둘러싼 공 모양을 이루는 경우도 있는데요.

그게 바로 위 그림에 나타나 있는 micelle이에요.

그 밖에 bilayer sheet의 양쪽이 서로 만나서 이중막의 닫힌 구 모양을 띄게 되는 경우도 있는데요. 이를 liposome이라고 불러요.

liposome, micelle을 구분하는 문제는 꽤나 많이 나오니까 기억해두시는게 좋겠죠? ㅋㅋㅋ

 

 

 

다음으로 phospholipid의 종류에 대해 알아볼게요.

 

phospholipid에는 꽤나 다양한 종류가 있는데요. 이 때 이 종류는...

 

 

앞서 나왔던 요 그림에서 맨 위쪽에 있는 R기에 따라 달라져요.

 

 

예를 들자면 phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, phosphatidylcholine, sphingomyelin 등이 있어요.

 

이 중 phosphatidyl로 시작하는 녀석들의 경우에는 모두 그 뒤에 나오는 ethanolamine, serine, choline 등이 R기에 해당해요.

한편 sphingomyelin이라는 녀석은 좀 독특한데요.

출처 : Sphingomyelin - Wikiwand

 

위와 같이 생겼어요. 보면 fatty acid가 1개 달려있고, 그 위에 sphingosine이라는, glycerol과는 또 다른 분자가 달려있어요. 그리고 sphingosine에 이어서 인산기가 달려있고 그 위에 독특한 R기가 달려있는 걸 알 수 있어요.

 

쉽게 말하자면 나머지 phospholipid와는 달리 이 녀석은 fatty acid가 1개뿐이며, glycerol 대신 sphingosine이라는 녀석에 인산기가 달려있다! 정도로 기억하시면 될 것 같아요.

 

2. 콜레스테롤(cholesterol)

 

콜레스테롤은 아래와 같이 생겼어요.

엄청 복잡해 보이지만 자세히 살펴보면 그렇지만도 않아요.

 

일단 위 그림에서 4개의 고리로 이루어진 왼쪽 부분이 보이시나요?

 

이 부분에 대해서 기억해 두셔야 할 것은 4개의 고리로 이루어진 딱딱한 구조이다!

라는 것과 왼쪽 끝부분에 있는 OH가 언제든 O-로 변할 수 있기 때문에 결국 이 부분은 친수성(hydrophilicity)을 가진다!

라는 정도에요.

 

 

다음으로 오른쪽 부분을 볼게요. 오른쪽 부분은 앞서 fatty acid 구조를 봤을 때와 비슷하죠?

조금 가지가 쳐져 있기는 하지만 이 녀석도 탄화수소 사슬이에요.

따라서 이 부분은 소수성(hydrophobilicy)을 가져요.

 

얘도 앞에서와 마찬가지로 분자 내에 친수성 부분과 소수성 부분이 다 존재한다는 걸 기억해두셔야 해요.

 

그리고, 이 녀석은 특히 4개의 고리 구조가 평평한 판상 구조를 가지고 있기에 딱딱한데요.

 

 

이 딱딱한 녀석이 인지질 이중층 사이사이에 끼어들어가게 되면 세포막의 유동성이 변화하게 되는거죠.

이에 대해서는 다음 포스트에서 더 자세히 다루어보도록 할게요.

 

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오늘은 세포막을 이루는 지질 성분인 인지질과 콜레스테롤에 대해서 알아봤어요.

 

다음 포스트에서는 인지질, 콜레스테롤에 의해서 부여되는 세포막의 유동적인 특성(fluidity), 그리고 세포막의 비대칭성(asymmetry)과 같은 세포막 고유의 성질에 대해서 알아보도록 할게요!