분자생물학개론 | The Structure and Function of Biological Membrane - 생체막의 구조와 기능

 

 

 

TIP

 

 

1. 생체막(生體膜, Biological Membrane)
2. 생체막의 구조와 합성
3. 생체막의 특징(막 단백질)
4. 생체막의 구성성분
5. 생체막의 기능
6. 막의 정지전위와 활동전위
7. 생체 카오스의 구조
8. 생물분자막을 이용한 생물전자소자의 개발 동향
9. 생체막 측정을 위한 아질산 미소감지기(Nitrite microsensor) 개발
10. 인공 세포막 제작
11. 생체막의 연구방향

 

 

 

1. 생체막(生體膜, Biological Membrane)

세포나 세포 내의 미토콘드리아·소포체·골지체·핵·리소좀 등을 구성하는 막으로, 대부분 단백질과 지질로 이루어진다. 외계와의 경계로서 핵산, 단백질, 기타의 생체물질이 외부로 흩어지는 것을 방지하고 독립된 환경을 형성하여 생명활동을 영위하도록 한다. 생명활동에 필요한 여러 가지 화학반응이 일어나고 세포를 둘러싸 외부환경으로부터 세포를 보호하며, 세포질과 외부환경 사이의 물질수송의 통로 역할도 한다.

 

막의 구조에 관한 모델은 여러 가지가 제시되었으나 결정적인 것은 없다. 역사적으로 볼 때 J.F.다니엘리가 제창하고 J.D.로버트슨에 의해 수정된 단위막 모델이 있으며, 그 후 B.벤손 등에 의해 제창된 반복단위 모델이 있다. 현재 널리 인정받고 있는 것으로는 1972년 S.J.싱거 등이 제창한 유동모자이크 모델이 있다.

 

막의 주성분은 단백질과 지질이며 두 성분의 중량 비는 3:2 ～ 3:1로 단백질이 많다. 지질의 주성분은 인지질이며 생체막의 성분으로 다당류도 약간 존재한다. 막의 구성성분인 인지질분자는 일부분에 친수성기를 가진 가느다란 분자로서, 그 긴축이 막면과 직각으로 늘어서 있고 소수성 부분이 마주보고 있어 2분자 두께의 막을 만든다. 단백질은 주로 구상단백질이며, 이 지질 이중층 속에 단백질의 소수성 부분이 잠겨 있듯이 존재한다. 어떤 것은 막의 양면에 분자의 일부분을 드러내고 있다. 이 결과 막은 지질과 단백질이 모자이크 상으로 존재하는 구조가 된다.

 

지질은 생리적 온도에서는 액체이기 때문에 막 성분인 단백질은 비교적 자유롭게 막 내를 이동(유동)할 수 있다. 이와 같은 구조적 특징 때문에 유동모자이크 모델로 부르게 되었다. 생체막의 역할은 외계와의 경계를 명확히 구분하는 것을 비롯하여 물질수송, 외부로부터 오는 정보의 접수 및 전달, 음 작용과 식 작용에 관여하는 등 다양하다. 특히 막을 가로질러 분포하는 단백질은 물질의 수송에 있어 운반체의 역할을 하고 특수한 기능을 나타내는 효소의 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 미생물, 식물, 동물의 세포막과 엽록체, 미토콘드리아의 내·외막, 골지체, 소포체막, 핵막 등이 보기이다.

 

 

생체 형질막의 주성분은 지질 이분자막의 극성지질과 리포단백질이다.(그림1. 참조) 지질 이중층은 유동성이 있으며 표면에 존재하는 단백질은 친수성 아미노산 함량이 높고 막 내부에 묻혀 있는 단백질은 소수성 아미노산 함량이 높다. 또 막 내부에 존재하는 단백질은 측방 확산에 의해 막 내부를 이동할 수 있다.

 

형질막의 표면은 당단백질의 당 사슬로 덮여 있으며 세포질 쪽에는 표면 단백질로 보강된 당 사슬 층, 지질층, 단백질 층의 3층구조로 되어 있다. 당 사슬은 세포 상호간의 인식이나 면역반응 등에 관여하고 보강 단백질은 막 내부 단백질의 측방 확산을 제어하여 막을 안정화하며 세포전체의 형태를 유지하는 역할을 한다.

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2. 생체막의 구조와 합성

생체막에 대한 구조와 기능은 1972년 Slnger와 Nicolson에 의한 유동 모자이크 모델 학설을 받아 들이고 있습니다. 인지질 이중층의 구조에 구형 단백질이 관통하거나 박혀있으며, 역동성을 가지고 있다는 의미입니다. 인지질은 극성머리와 비극성의 꼬리로 이루어져 있는데, 극성머리는 두개의 탄화수소 꼬리를 가지고 있고, 비극성이 이 꼬리는 안쪽으로 향하고 있습니다. 머리(극성)은 친수성이며 막 내외의 표면을 향하고 있고, 꼬리(비극성)는 소수성으로 서로 마주보고 있는 구조입니다.

 

생체막은 지질 2중층의 곳곳에 단백질이 납작하게 이온결합을 하고 있는 구조이고, 유동성 모자이크형은 인산지방질 2분자층 속에 친수성 부분과 소수성 부분을 가진 입자형 단백질이 모자이크형으로 끼어 있는 구조이다. 지질성분은 포스파티딜콜린과 포스파티딜에탄올아민 등이 많으며 콜레스테롤, 포스파티딜세린, 포스파티딜이노시톨, 스핑고마이엘린, 당지질이 그 사이에 존재한다.

 

글리세롤, 인산, 콜린, 에탄놀아민, 콜레스테롤의 탄소 3번 위치의 OH기, 세린, 이노시톨 등의 극성기(친수성)가 세포내외의 액상쪽을 향하고 있고, 그 사이에 지방산, 스핑고신, OH기 이외의 콜레스테롤 골격 등의 비극성기(소수성)가 함유되어 있기 때문에 막은 2중층을 형성한다.

 

지질의 종류와 양, 2중층의 내외에서 차지하는 위치는 세포에 따라 다르다. 당지질의 당사슬은 세포 밖 쪽으로 향하고 있다. 단백질 분자도 양친매성이기 때문에 내재성 단백질의 극성기는 지질 2중층의 내, 외 양측으로 향하고, 비극성부분은 중간의 소수성 부분과 비공유결합을 하고 있다. 표재성 단백질의 주로 막의 내측에 있으며 내재성 단백질의 극성부분과 느슨하게 결합하고 있으면서 내재성 단백질의 확산을 제한하고 있다.

 

당단백질의 당사슬도 세포외측을 향하고 있다. 단백질 성분은 효소, 수송담체(운반체), 수용체, 구조단백질, 항원(조직적합항원) 등의 기능을 잠당하고 있다. 생체악의 특징은 지질, 단백질, 당질의 질과 조성비가 세포의 종류에 따라 다르다는 것과 지질 2중층의 지질 배열과 단백질의 위치가 불규칙하다는 점이다.

 

 

 

[분자생물학]The Structure and Function of Biological Membrane 레포트