막 단백질(Membrane protein)

 

지질 이중층은 모든 세포막의 기본 구조를 제공하고 있고, 막 양쪽에 존재하는 친수성 분자들에 대한 투과성 장벽으로 작동하지만, 막 기능 중 대부분은 막단백질에 의해 수행됩니다. 아래의 포스팅에서는 막단백질의 구조와 기능, 막단백질이 지질이중층과 어떤 상호작용을 하는지 살펴보겠습니다.

 

 

 

막단백질-구조

 

 

 

막단백질은 여러 방법으로 지질이중층과 결합한다

 

 

막 기능 중 대부분은 막단백질이 담당하며 많은 기능을 수행한다. 대부분의 동물에서 원형질막을 이루는 총질량의 50%가 단백질이며, 나머지는 지질과 비교적 소량으로 존재하는 당지질과 당단백질에 부착된 탄수화물로 구성된다. 그러나 지질 분자는 크기가 단백질보다 훨씬 작기 때문에, 세포막에는 단백질 분자보다 50배 정도 더 많은 수의 지질 분자가 존재한다.

 

일부는 지질 이중층을 가로질러 영양분, 대사물질, 이온 등을 수송한다. 또 다른 일부는 막의 어느 한 쪽 면에 거대분자를 고정시키는 일을 한다. 또한 세포 외부의 화학적 신호를 인식하여 이를 세포 내로 전달하는 수용체로서 작용하며, 다른 일부는 특정 화학반응을 촉매 하는 효소로 작용한다. 각각의 세포막은 다양한 단백질을 포함하는데 이는 특정 막마다 고유한 기능이 있다는 것을 의미한다.

지질이중층이 획일적인 구조를 갖지만, 단백질은 여러 다른 방법으로 세포막과 상호작용 할 수 있다.

 

- 많은 막단백질은 단백질 일부분이 양쪽으로 돌출된 형태로 지질 이충증을 통과한다. 또한, 주변에 있는 지질분자처럼 이 막관통단백질도 친수성과 소수성을 모두 가지고 있는 양친매성을 띤다. 세포막의 이 중층 내에서 단백질의 소수성 부분은 지질의 소순성 꼬리 부분과 접하고 있으며, 친수성 부분은 막의 양쪽 면에 존재하는 수용성 환경에 노출되어 있다.

 

- 다른 막단백질은 단백질의 표면에 노출된 양친매성을 갖는 α 나선에 의해 지질 이중층의 얀쪽 면과 결합되어 전적으로 세포기질 내에 위치하기도 한다.

 

- 일부 막단백질은 전체가 이중층의 외부에 위치하고 있는데, 막지질 분자와 하나 또는 그 이상의 공유결합에 의해 연결되어 있다.

 

- 또 다른 단백질은 다른 막단백질과의 상호작용을 통한 간접적인 방법으로 막의 어느 한쪽 면에 위치하고 있다.

 

막관통단백질, 지질 단일층과 결합된 단백질, 또는 지질과 공유결합으로 연결된 단백질과 같이 지질 이중층에 직접 부착되어 있는 단백질은 계면 활성제로 지질 이중층을 파괴했을 때에만 분리될 수 있다. 이러한 단백질은 내재성 막단백질이라 하고, 나머지 막단백질은 표재성 막단백질이라 한다. 표재성 막단백질은 지질 이중층에 영향을 주지 않으면서도, 단백질 간 상호작용을 방해하는 좀 더 부드러운 추출방법으로도 분리할 수 있다.

 

 

원형질막은 아래쪽을 받쳐주는 세포피질에 의해 보강되어 있다 

 

세포막 그 자체만을 본다면 아주 얇고 변형되기 쉬운 구조이다. 종이 한 장의 두께가 되려면 10,000개 정도의 세포막이  필요하다. 그러므로 세포막은 막관통단백질과 연결되어 막에 부착되어 있는 단백질 골격에 의해 보강되고 지지를 받는다. 식물, 효모, 박테리아의 경우, 세포의 형태와 물리적인 특성은 단백질, 탄수화물, 기타 고분자물질로 이루어져 원형질막을 둘러싸고 있는 단단한 섬유층의 세포벽에 의해 결정된다. 반면에 동물세포의 원형질막은 막의 밑면 쪽에 부착되어 있는 세포피질이라 불리는 필라멘트성 단백질의 그물망에 의해 결정된다. 

 

사람 적혈구 세포의 피질은 상대적으로 간단하고 규칙적인 구조를 하고 있으며 가장 잘 연구된 세포피질이다. 적혈구 세포는 크기가 작고 특징적으로 납작한 원판 모양을 하고 있다. 이 피질은 스펙트린이라는 길이가 100 nm이고 유연한 막대 모양의 단백질로 구성되어 있다. 스펙트린은 원형질막의 지지대로 작용하고 세포의 양면이 오목한 형태를 유지하는 격자를 형성한다.

 

이러한 스펙트린 그물망은 막관통단백질에 스펙트린을 연결시켜 주는 세포 내 결합단백질을 통해 세포막에 연결되어 있다. 이 그물망의 중요성은 유전적 변형으로 비정상적인 스펙트린을 생산하는 쥐나 사람의 경우에서 살펴볼 수 있다. 이들 개체는 빈혈을 갖게 된다. 즉, 정상 개체보다 적은 적혈구를 가지게 되며, 이들의 적혈구 세포는 납작한 원판 모양 대신 구형을 하고 있고, 비정상적으로 약하다.