막은 무엇인가?

생물의 주요 특징은 외부 환경과 내부 공간을 분리하는 능력입니다. 세포는 이를 위해 생물학적 분자의 통과를 조절하는 반투과성 막(semi-permeable membrane)을 진화 시켜 왔습니다. 세포막은 세포의 모양을 정의하고 외부 환경과의 상호작용도 정의합니다. 또한, 진핵 세포막은 내부 공간을 핵, 소포체(endoplasmic reticulum), 골지체(Golgi body; Golgi apparatus) 등의 내막계(endomembrane) 구조를 포함한 세포기관(organelle)으로 구획하는 역할을 합니다.

막은 주로 친수성(hydrophilic) 머리와 두 개의 소수성(hydrophobic) 꼬리로 구성된 인지질(phospholipid)로 구성됩니다. 이 인지질은 꼬리가 막의 중앙을 향하고 머리가 바깥쪽으로 향하도록 하여 스스로 이중막(bilayer)을 형성합니다. 이 배열은 극성(polar) 분자가 막 내부와 외부 모두에서 인지질의 머리와 상호작용할 수 있게 하며, 동시에 막의 소수성 중심부를 통과하는 것을 방지합니다.

단백질과 탄수화물은 세포막의 독특한 특성에 기여합니다. 주변단백질(peripheral protein; 외재단백질)은 막의 내부 또는 외부 표면에 부착되는 반면, 내재단백질(integral protein)은 막에 내장되어 있습니다. 막관통단백질(transmembrane protein)은 세포막 전체를 가로지르는 일체형 단백질입니다. 막관통수용체(transmembrane receptor) 단백질은 세포의 외부로부터 내부로 메시지를 전달하는 데 중요합니다. 막관통수용체는 세포 외 신호 분자가 결합하면 세포 내 신호 역할을 하는 형태적인 변화(conformational change)를 겪습니다. 이온 채널과 같은 다른 단백질은 소수성 막 중심부를 가로지르는 큰 분자나 극성 분자의 통과를 조절하는 역할을 합니다.

탄수화물은 세포막의 외부 표면에 있는 지질이나 단백질과 결합합니다. 세포의 외부 표면에 존재하는 당단백질(glycoprotein)과 당지질(glycolipid)의 독특한 패턴은 세포 인식을 가능하게 합니다. 인간의 면역 세포는 세포 표면의 탄수화물 변형을 인식함으로써 자신과 비자신을 구별할 수 있습니다. 막에 존재하는 단백질, 탄수화물, 지질은 함께 세포를 위한 기능적이고 유연한 경계를 만듭니다.