편입생물 비밀병기 - 단권화바이블 + 필수기출과 해설편66

1 세포막의 구조 : 유동 모자이크막 구조
(1) 유동 모자이크 모델(fluid mosaic model)
유동성이 있는 막지질 이중층 구조에 단백질이 박혀 있는 상태를 가리키는데 막지질의 비극성 부위가 막의 안쪽을 향하여 서로 마주보고 있고 극성을 띤 부분은 막의 바깥쪽을 향하여 세포 안팎으로 수용액과 상호작용하고 있음. 단백질은 소수성 상호작용을 통해 막지질 이중층에 박혀 있는데 지질 이중층에서 단백질의 위치배열은 비대칭적이기 때문에 이면성이 생김
(2) 막지질(membrane lipid)
세포막 내의 지질은 친수성 머리와 소수성 꼬리를 모두 가지고 있어서 친수성과 소수성 특징을 둘다 지니는 양친매성(amphopathic)을 지님. 이러한 양극성은 지질 분자로 하여금 이중층을 형성할 수 있도록 도와주는 역할을 함
ㄱ. 막지질의 종류
ⓐ 인지질(phospholipid) : 음전하를 띠는 인산기를 포함하는 친수성인 머리부분과 소수성인꼬리부분으로 구성되므로 따라서 소수성 꼬리부분이 서로 마주보고 있는 이중층 구조를 형성함
04 세포막의 구조와 물질 수송

한권으로 끝내는 메디컬(의치한약수) 편입 나만의 秘密兵器 67

04 세포막의 구조와 물질 수송
주요 인지질의 종류
ⓐ phosphatidylcholine(=lecithin) : 막을 구성하는 주요 인지질로 주로 외층에 존재하며 양전하 물질과 반발하며 특
히 H등의 양이온 투과성이 낮음
ⓑ phosphatidylinositol(PTl) : 주로 내층에 존재하며 IP?라는 2차 전달자(second messenger)의 전구체로서 세포내 신호전달에 중요한 역할을 수행함
ⓒ cardiolipin : 2분자의 인지질이 단일 글리세롤에 결합해 있는 상태로 H 의 투과성이 낮게 유지되어야 하는 세균 세포막, 미토콘드리아 내막, 엽록체 틸라코이드막에 풍부함
ⓑ 콜레스테롤(cholesterol) : 친수성 부위인 극성 알코올기는 인지질의 머리 부분과 수소 결합을 하고 소수성 꼬리는 막지질의 소수성 부위와 결합하게 됨

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1. 온도가 낮을 때에는 막지질의 유동성을 높이는 역할을 수행함
2. 온도가 높을 때에는 막지질의 유동성을 낮추는 역할을 수행함
ㄷ. 막지질 이중층의 유동성 : 세포막 유동성의 정도는 막기능에 있어 중요하며 일정 범위 내에서 유지되어야만 함
ⓐ 지질의 탄화수소 길이가 길수록 유동성이 감소됨. 탄화수소의 길이가 길면 다른 지질 분자와 결합하는 힘이 상대적으로 강해지게 됨
ⓑ 지질 탄화수소의 포화정도가 높아서 조밀하고 규칙적으로 배열될수록 이중층은 점성이 더 강하고 유동성이 낮아짐. 반대로 불포화 꼬리에 있는 이중결합으로 생긴 작은 비틀림 현상은 이웃한 탄화수소 꼬리들을 잘 포개진 상태로 유지하기 어렵게 만들기 때문에 많은 양의 불포화 탄화수소 꼬리를 가지는 지질 이중층이 더욱 유동적이 됨
ⓒ 동물세포의 경우, 콜레스테롤 함량이 높을수록 지질 유동성의 변화폭도 작아짐. 콜레스테롤은 짧고 견고한 분자로 탄화수소 꼬리의 불포화에 의한 비틀림 현상으로 생긴 인지질 분자간의 공간을 채우는 역할을 수행하기 때문에 콜레스테롤은 지질 이중층을 견고하고 덜 유동적이며 투과성이 적은 막으로 만듦

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04 세포막의 구조와 물질 수송
ⓓ 측면으로의 유동성은 크나 수직방향으로의 유동성은 극히 적음. 수직방향으로의 유동성은 플립파제(flippase)라는 효소에 의해 촉매됨
(3) 막단백질(membrane protein)
지질이중층은 모든 세포막의 기본 구조를 제공하고 투과성 장벽으로 작용하지만 대부분의 막 기능은 막단백질에 의해 수행됨
ㄱ. 막단백질의 기능 : 막단백질은 영양분, 대사물질, 이온 등을 수송하는 일 외에 다른 여러 가지 기능을 수행함. 단백질 중 일부는 막의 어느 한 쪽 면에 거대분자를 고정시키거나 세포 외부의 화학적 신호를 인식하여 이를 세포 내로 전달하는 수용체로서 작용하며 일부는 특정 화학반응을 촉매하는 효소로 작용함

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ㄴ. 막단백질의 종류 : 내재성 단백질과 외재성 단백질로 구분함
2 세포막을 통한 물질 수송
(1) 지질 이중층의 투과성 정리
ㄱ. 작은 비극성 분자 : 산소 분자나 이산화탄소는 쉽게 지질이중층에 용해되어 막을 빠르게 투과함. 세포는 세포호흡을 위해 기체에 대한 투과성을 지녀야 함
ㄴ. 비전하성 극성 분자 : 크기만 작다면 지질이중층을 빠르게 투과할 수 있는데 물과 에탄올은 비교적 빠르게 투과하며 글리세롤은 그보다 조금 더디게 투과하고 포도당은 거의 투과하지 못함
ㄷ. 이온, 전하성 분자 : 지질이중층은 크기에 상관없이 이온이나 전하를 띠는 분자에 대해 투과성을 지니지 않음. 이러한 분자들은 전하를 띠고 있어서 물에 대한 친화력이 강하기 때문에 이중층의 소수성 중심을 뚫고 들어가지 못함
(2) 수동수송(passive transport)
에너지를 사용하지 않는 물질 수송으로 고농도 지역에서 저농도 지역으로 물질이 이동함

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04 세포막의 구조와 물질 수송
ㄱ. 확산(diffusion) : 용질의 수동수송으로 용질의 고농도 부위에서 용질의 저농도 부위로 용질이 이동함. 단 이온이나 전하를 띠는 용질이 막을 통과하여 자발적으로 움직이는 방향은 막 사이의 화학 기울기(chemical gradient ; 용질의 농도차이)와 전기 기울기(electrical gradient)의 합인 전기화학적 기울기(electrochemical gradient)에 의해 결정됨
ⓐ 단순확산(simple diffusion) : 농도가 다른 수용성 화합물이나 이온을 함유한 두 개의 수용액 구획이 투과성이 있는 막으로 나뉘어져 있을 때 용질은 두 구획의 농도가 같아질 때까지 막을 통하여 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동함
1. 크기가 작고 소수성이 큰 물질은 지질 이중층에 대한 투과성이 큼
2. 전하를 띠지 않는 극성물질은 크기가 작을수록 높은 막투과성을 보임
ⓑ 촉진확산(facilitated diffusion) : 세포막 수송체를 통한 확산으로서 세포막을 통과하기 어려운 친수성 물질의 경우 수송 단백질을 통해 확산하게 됨
1. 이온 통로(ion channel)을 통한 이온의 촉진 확산 : 전형적인 운반체의 수송속도보다 상당히 빠르고 최대 속도에 근접하는 속도로 막횡단 수송을 일으킴.
통로 단백질(channel protein)
ⓐ 특징
1. 수송되는 물질과의 직접적인 결합이 없어 운반체 단백질의 수송속도보다 1000배 이상 빠름
2. 이온선택성을 지님
3. 생체 내에서의 이온통로는 거의 포화되지 않음
ⓑ 이온 통로의 구분
1. 누출 채널 : 신호가 없어도 열려 있는 채널
K 누출 채널, 아쿠아포린
2. 개폐성 채널 : 신호가 있어야 열리는 채널
리간드 의존성 채널(ligand－gated channel), 전압 의존성 채널(voltage－gated channel), 기계적인 힘 의존성 채널(mechanically－gated channel)

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(5) 소낭을 통한 물질의 이동
ㄱ. 막의 함입과 융합을 통한 물질 이동 기작
ⓐ 피복 소낭 형성을 통한 물질 수송 : 클래스린－피복소낭이나 COP－피복소낭이 형성되면서 분비성 경로나 세포내 도입 경로를 진행함. 분비성 경로는 소포체막에서 단백질의 생합성, 소포체 내강으로의 이동, 그리고 골지체를 경유하여 세포 표면으로 이동하는 경로로 구성되 며 세포내 도입경로는 원형질막에서부터 엔도솜을 통하여 리소좀까지 이동하는 과정으로 이루어짐

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04 세포막의 구조와 물질 수송
클래스린－피복소낭의 형성
수용체가 수송 물질과 결합한 후 세포질 쪽에서 어댑틴과 결합하고 여기에 다시 클래스린 분자가 결합함. 다이나민 단백질이 소낭의 목부분을 둘러싸고 GTP를 가수분해하여 소낭이 출아되도록 함. 출아된 후 외피 단백질을 제거되고 피복되지 않은 소낭은 표적막과 융합함. 다른 종류의 외피 소낭에도 기능적으로 유사한 외피 단백질이 존재함
ㄴ. 세포의 표면에서 이루어지는 막의 함입과 융합을 통한 물질의 수송 방식 - 내포작용과 외포작용
ⓐ 내포작용(endocytosis) : 세모막의 함입으로 생체분자들을 받아들이는 작용
1. 식세포작용(phagocytosis) : 포식세포가 위족 형성을 통해 내포작용을 수행하여 포식소체(phagosome)를 형성하게 되고 이것은 다시 세포 내의 리소좀과 융합하여 소낭 내의 분자들이 분해됨. 식세포작용을 통해 포식세포는 침입한 미생물을 섭취하여 감염에 대한일차적인 방어작용을 수행하게 되며 또한 죽거나 손상된 세포와 세포 단편들을 처리하는 역할을 수행하게 됨

편입생물 비밀병기 - 단권화바이블 + 필수기출과 해설편 78

2. 음세포작용(pinocytosis) : 진핵세포는 작은 음세포 소낭 형태로 원형질막 조각들을 끊임없이 섭취하고 또한 이를 세포 표면으로 돌려보냄. 음세포작용은 클래스린－피복 소낭에 의해 주로 수행되는데 비특이적으로 세포외 물질도
원형질막이 피복소낭을 형성하기 위해 함입되는 과정에서 소낭에 포함됨

한권으로 끝내는 메디컬(의치한약수) 편입 나만의 秘密兵器 79

04 세포막의 구조와 물질 수송
3. 수용체－매개성 내포작용(recepter－mediated endocytosis) : 대부분의 동물세포는 클래스린－피복 소낭에 의한 수용체－매개성 내포작용을 통해 특정 물질을 선택적으로 세포외액으로부터 섭취하는 기작을 가지고 있는데, 수용체－매개성 내포작용이란 세포외 물질의 리간드와 세포의 수용체가 결합해야 내포작용이 일어나는 상당히 특이적인 물질수송 방식으로 비특이적으로 진행되는 음세포작용보다 특정 거대분자를 1000배 이상의 효율로 세포 내로 유입할 수 있음
ⓑ 외포 작용(exocytosis) : 세포 안의 소낭과 세포막의 융합을 통해 물질을 내보내는 작용으로

이동 소낭 내의 내용물이 밖으로 배출됨. 상시 분비경로와 호르몬 조절 분비경로가 존재함
수용체 매개성 내포작용의 예 － 세포의 LDL 내포작용
ⓐ 과정
1. 세포표면의 LDL 수용체가 LDL과 결합함으로써 수용체가 막의 특정 부위로 집중되며 수용체의 세포질 쪽에
clathrin이 결합하여 clathrin－coated pit가 형성됨
2. clathrin 피복 소낭이 형성됨
3. 피복 단백질이 분리됨
4. 초기 엔도솜과 결합함
5. LDL은 엔도솜 내 다른 수용성 물질과 함께 미세소관에 의해 이동하여 핵 부근에 있는 후기 엔도솜으로 이동함
6. 후기 엔도솜은 골지체에서 유래한 리소좀과 융합하여 2차 리소좀으로 전환됨
7. 리소좀으로 유입된 물질들은 분해되어 세포내에서 다양한 용도로 이용됨
ⓑ 정상 LDL 수용체와 비정상 LDL 수용체 비교 : adaptor 분자와의 결합에 결함이 있는 LDL 수용체를 가지고 있는
경우 정상적인 LDL 내포작용이 일어나지 않게 됨

편입생물 비밀병기 - 단권화바이블 + 필수기출과 해설편 80

최신 기출과 해설
07 동물세포의 생체막에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 유동모자이크 모형으로 설명된다.
② 선택적 투과성을 갖는다.
③ 인지질은 친수성 머리와 소수성 꼬리로 구성된다.
④ 인지질 이중층은 비대칭적 구조이다.
⑤ 포화지방산의 ‘꺾임(kink)’은 느슨하고 유동적인 막을 만든다.
08 세포에서의 물질 수송에 관한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?
보기
ㄱ. 삼투는 세포막을 통한 용질의 확산이다.
ㄴ. 폐포로부터 대기로의 CO2 이동은 세포막을 통한 능동수송에 의해 일어난다.
ㄷ. 세포 안의 물질을 막으로 싸서 세포 밖으로 내보내는 작용을 세포외배출작용(exocytosis)이라고 한다.
① ㄱ ② ㄷ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄴ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ
07 정답｜⑤
불포화 지방산인 경우에 꺾임구조를 나타내고, 생체막의 유동성을 높이는 지방산은 불포화 지방산이다.
인지질 이중층은 막의 내층(세포질 쪽)과 외층(세포외액 쪽)에 막단백질 비대칭적으로 분포되어 있으며, 내층과 외층을 구성하는 인지질의 종류도 차이가 난다.
08 정답｜②
삼투는 반투막을 통한 물의 확산이다.
폐포와 대기 사이의 O2와 CO2의 기체 교환은 기체의 분압 차에 의한 확산에 의해 일어난다.

한권으로 끝내는 메디컬(의치한약수) 편입 나만의 秘密兵器 81

04 세포막의 구조와 물질 수송
09 세포에서 일어나는 삼투현상에 관한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?
보기
ㄱ. 세포막을 통한 물의 확산 현상이다.
ㄴ. 용질이 세포막을 통과하면서 일어난다.
ㄷ. 삼투에 의해 용질의 농도기울기가 커진다.
ㄹ. 막의 선택적 투과성과 용질의 농도기울기 때문에 생긴다.
① ㄱ, ㄷ ② ㄱ, ㄹ ③ ㄴ, ㄹ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ ⑤ ㄴ, ㄷ, ㄹ
10 다음 중 세포막에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 세포막의 유동성은 불포화 지방산이 많아질수록 커진다.
② 세포막을 구성하는 인지질은 수평 이동을 하지 않는다.
③ 세포막 외부로 돌출된 일부 당단백질은 세포간 인식에 관여한다.
④ 세포막의 인지질은 양친매성 분자(amphipathic molecule)이다.
⑤ 지질 이중층 내부와의 친화력은 내재성 막단백질(integral membrane protein)이 표재성 막
단백질(peripheral membrane protein)보다 크다.
09 정답｜②
용질이 투과할 수 없는 선택적 투과, 반투과성 막을 통해 물이 확산되는 현상이다.
삼투 시 고농도 용질 부위로 물이 확산되므로 막을 가로지르는 용질 농도기울기는 감소한다.
10 정답｜②
세포막의 인지질은 수평 이동이 가능하며, 드물게 막의 내층과 외층 사이에서 막의 비대칭성 유지를 위해서 뒤집기도 일어난다.