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Cytoplasmic membrane : structure and function

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1.Cytoplasmic Membrane : Structure cytoplasmic membrane 은 세포를 완전히 감싸고 있는 얇은 막 구조 이다.

약 8nm 두께 밖에는 안 되지만 매우 중요한 구조로 세포의 외부와 내부를 구분해주는 역할을 한다.  만약에 이 벽이 깨진다면 세포의 구성성분들이 외부로 나와 세포가 파괴되고 결국에는 세포가 죽고 만다.

cytoplasmic membrane은 또한 세포 안에서 특정한 물질대사를 하고 필요 없는 물질은 방출하는 highly selective barrier 이다.

lipid monolayers는 lipid bilayers에 비해서 더 견고하기 때문에 이 membrane structure가  hyperthermophilic Archaea(매우 높은 온도에서 자랄 수 있는 prokaryotes) 의 membrane structure로  구성된다는 것은 그다지 놀라운 일이 아니다.

[[image:a-11.gif]] [[image:ar2.gif]] [[image:ar-34.gif]] 2.Cytoplasmic Membrane : Function  (1) 구획화(compartmentalization) 막은 세포 외부의 환경을 차단하여 생명활동을 위한 세포 내부를 보호하는 역할과  특정이온의 농도차를 유발하여 PMF같은 잠재적 이온기울기를 형성한다.  (2) 에너지 생산유도(energy transduction) 미토콘드리아의 내막에 존재하는 F0F1 ATP synthase와 엽록체의 틸라코이드막에  존재하는 CF0CF1 ATP synthase 같은 ATP합성 기구는 막에 위치하면서  수소이온 농도차이에 의한 양성자 구동력(proton motive force)을 이용하여 ADP와 Pi를 붙여  ATP라는 에너지를 합성하는데, 막은 이러한 수소이온 농도 차에 의한 위치(potential) 에너지를  제공시켜 ATP라는 생체 에너지 생산을 유도해 낼 수 있다.  (3) 외부신호에 대한 반응(responding to external signals) 막에는 수용체(receptor)가 있는데, 이 수용체는 세포외부의 호르몬, 신경전달물질 등의  특정한 리간드들과 결합하여 그것에 대한 정보를 세포 내의 핵으로 받아들여 들이는 역할을 수행한다.  (4) 선택적으로 수용하는 투과벽(a selectively permeable barrier) 막은 특정한 분자들을 선택적으로 투과할 수 있도록 방어 벽의 역할을 한다.  (5) 분자들을 수송(transporting solutes) 막에는 이온채널 혹은 carrier등이 있어서 분자들이 수송되어질 수 있다.  확산현상을 이용한 수동수송 혹은 이온기울기나 ATP에너지를 이용한 능동수송으로  특정한 분자들이 막의 내외부로 이동되어질 수 잇다.  (6) 세포 내 상호작용(intracellular interaction) 세포가 인접하여 세포 내 연결통로를 이용한 물질 교환 등의 상호작용이 일어날 수 있다.  동물세포 사이의 간극연접(gap junction), 식물세포 사이의 원형질 연락사(plasmodesmata)등은  신호전달물질 혹은 원형질을 구성하는 단량체 등을 주고받을 수 연결통로를 제공하는데  이들은 막이 인접하여 특수화된 구조를 가지고 있다.  (7) 생화학적 반응들에 대한 위치제공(locus for biochemical activities) ATP synthase 혹은 전자전달계의 복합체들 등 여러 가지 효소 혹은 단백질이  위치되어져 생화학적 반응들을 수행하는 위치를 제공할 수 있다.  2-1) The Cytoplasmic Membrane as a Permeability Barrier 세포의 안에는 salt, sugars, amino acids, vitamins, coenzymes, 등의  수용액과 여러 가지 녹는 물질들로 구성되어 있다.  cytoplasmic membrane의 소수성 특성은 벽을 더 단단하게  만든다.  비록 몇몇 작은 hydrophobic(소수성)분자는 확산에 의해 막을 지나 갈수 있지만 hydrophilic(친수성)과 charged molecules는 그냥 지나 갈수 없다. 대신 특별한 수송과정에 의해 이동되어 져야만 한다. 심지어 hydrogen 이온(H⁺)만큼 작은 물질이라 할지라도 cytoplasmic membrane을 지나 갈수 없다. 막을 관통 할 수 있는 분자는 water이다. water는 phospholipid molecules 사이를 지나가기에 충분히 작다. 물은 막을 지나가는 것을 더욱 빠르게 할 수 있다. 그러나 물에 의해 이동하는 proteins를 aquaporins 라 한다.  아쿠아포린은 일종의 수분 전달 통로 단백질(water channel proteins)로 정의될 수 있다. 동물과 식물 세포 모두에 존재하는 아쿠아포린은 세포의 파열(bursting)을 방지하고 사람의 경우 신장과 적혈구 세포, 눈 수정체(eye lens), 뇌의 수분 이동을 조절하는 기능을 한다. 따라서 이 단백질에 결함이 발생하면 요붕증(diabetes insipidus)이나 청력 상실 등의 질병이 유발될 수 있다.  <o:p></o:p>세포의 수분 이동 과정에는 다른 분자 물질의 이동이 수반되면 안된다. 다시 말해서 수분이 이동할 때 당 분자(sugar molecules)나 이온(ions)의 손실이 발생해서는 안되는데 이 같은 기능을 담당하는 것이 바로 아쿠아포린이다. 이 같이 정밀한 선택성(selectivity)을 갖고 있으면서도 아쿠아포린은 매 초당 30억 개에 이르는 물 분자를 이동시킬 수 있다. 이는 10 평방 센티미터의 아쿠아포린 필터로 단 7초만에 1리터의 물을 여과할 수 있는 수준에 해당한다.     생물체는 구성세포의 구조 및 복합성 등에 의해 크게 prokaryotes와 eukaryotes의 두가지로 나눌 수 있다. ~~~~

진핵생물은 구성세포가 고도의 분획화된 막 결합- 세포기관들을 가지며,  특히 유전물질이 막으로 구분되는 핵(nucleus)을 갖는다는 것이 현저한 특징이다.  반면에 원핵생물은 Bacteria처럼 원핵생물계에 속하는 단일세포 생물로서,  원핵생물의 DNA는 핵막으로 둘러 싸여 있지 않으면, 다른 막결합-세포기관 또한 없다.  Bacteria를 비롯한 원핵세포는 대체로 진핵세포보다 훨씬 작아서, 평균 진핵세포 지름의 약 10분의 1에 불과하다.

<img alt="" src="/Biopedia/Biowiki/FCKeditor//editor/images/smiley/msn/teeth_smile.gif" /> 간단히 표로 두 세포의 차이를 알아보겠습니다.

액포는 공포라고도 한다. 이 주머니구조에는 투명한 수용액이 들어 있다. 정상적인 동물세포에서는 보기 어려우나 식물에서는 노화에 따라 대형화한다. 늙은 세포에서는 액포가 세포 중앙의 대부분을 차지하여 세포질과 핵질이 주변으로 밀려나 있는 모양을 보인다. 액포를  둘러 싼 막을 액포막(tonoplast)이라 하는데 생체막과 공동적으로 3층구조를 하고 있으나 특이적 투과능을 나타내고 있다. 세포 외액을 고장액으로 했을 때 세포막은 반투성을 상실하여 세포내가 고장화되어도, 액포막은 반투성을 유지하여 수축이 가능하다. 액포내의 액체를 세포액(cell sap)이라 하며, 당, 유기산 외에도 색소(안토시안), 알칼로이드(담배의 니코친)등의 특유한 성분을 함유한다. 액포는 그 흡수력에 의해서 팽압을 이루고 세포벽의 긴장 상태를 나타낸다. 액포가 생기는 1가지 원인은 세포의 노화에 의한 노폐물 축적에 있다고 생각된다.

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