생물학개론, 세포 연접에 관하여

만약 여러분이 다세포 생물체의 세포는 각각 분리되려는 경향이 있다는 인상을 가지고 있다면 지금 그것을 바로 잡도록 해야 합니다. 다세포 조직에서 밀접하게 접촉된 세포들 사이에는 여러 종류의 연결 통로가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 동물 세포의 복잡한 간극 연접(gap junction)과 식물 세포의 원형질 연락사(plasmodesmata)가 여기에 속합니다.

 

세포의 연접

 

 

세포 연접에 관하여

 

 

세포 연접

     

 

1. 간극 연접

     간극연접은간극 연접은 단백질들이 로제트형(장미꽃 모양)으로 배열되어 형성된 것으로 이웃한 두 세포의 막을 단단히 결합시키며, 작은 통로를 가지고 있어서 이들 두 세포의 세포질을 연결시켜 줍니다. 이 통로의 지름은 1.5-2nm로서 분자량 1000 달톤 이하인 물질은 자유롭게 통과할 수 있습니다. 여기에 해당되는 물질은 대부분의 이온과 물, 아미노산, 당, 비타민, 호르몬, 그리고 핵산입니다. 간극 연접은 심장근에서 전기적 파장의 확산을 촉진하고 배(embryo)에서는 세포층을 통한 물질 이동을 돕기 때문에 매우 중요한 것으로 믿어집니다.

     간극연접에서 단백질의 벽으로 된 통로는 단순히 수동적인 구멍이 아니기 때문에, 세포에 손상이 발생되면 이웃 세포와의 간극 연접 관계를 끊습니다. 이로써 손상된 세포를 효과적으로 고립시켜 세포질의 연결로 인한 필수 물질의 상실을 막을 수 있습니다. 이 현상을 처음 발견한 연구자들은 외부에서 유입된 칼슘이 그러한 격리를 유발한다고 결론지었습니다. 다른 어떤 물질에 결합되지 않은 자유 칼슘 이온은 일반적으로 세포의 세포질에는 그 양이 적은데, 실험적으로 이 칼슘 이온을 세포 내로 주입시키면 세포 간극 연접은 급격히 차단됩니다. 결국 이런 처리를 받은 세포는 칼슘 이온을 미토콘드리아 내에 격리시킴으로써 다시 회복되고 간극 연접도 재형성됩니다.

 

2. 원형질연락사

     원형질 연락 사라고 알려진 연결 통로는 다세포 식물에서 발견되었습니다. 사실 대부분의 식물 세포는 이 미세한 통로에 의해 서로 연결되도록 되어 있습니다. 원형질연락사는 이웃한 세포벽 내에 원형질막으로 형성된 통로로 세포질이 손가락 모양으로 확장된 것입니다. 이것의 지름은 20-40nm에 이릅니다. 또한 두 세포의 소포체 막도 이 통로를 통해 뻗어나가고 있습니다. 이 소포체 막은 데스모튜불(desmotubule)이라는 미세한 통로를 형성하여 이웃한 두 세포의 소포체의 내강을 서로 연결하고 있습니다. 연구자들은 원형질연락사의 양끝이 비후되어 있는 것을 발견하였는데, 그들은 이것이 이웃한 세포 간의 세포질 물질의 이동을 조절하는 밸브 같은 기능을 할 것이라고 주장하였습니다.

     원형질연락사의 구조에 대한 해석이 정확하다면 이들 세포질의 연결이 세포간의 수송에 중요한 역할을 한다는 것은 명백합니다. 원형질연락사는 물과 기타 물질이 조밀한 조직을 통과할 때, 그리고 먼 거리를 이동할 때 특히 중요할 것입니다. 식물의 수송에 대한 한 이론에 따르면 세포질 유동 과정과 원형질연락사의 존재가 당이 식물의 살아 있는 세포를 통해 빨리 수송될 수 있는 메카니즘을 설명할수 있다는 것입니다. 분비세포에 존재하는 많은 원형질연락사는 이들이 수송의 역할을 한다는 간접적인 증거를 제공합니다.

     식물 생리학자들은 더 직접적인 증거를 수집했습니다. 예를 들어 원형질막을 통과할 수 없는 어떤 염색액을 원형질연락사가 있는 식물 조직에 넣으니 그 염색액이 세포에서 세포로 빠르게 퍼졌습니다. 더 나아가 원형질연락사가 있는 조직의 세포는 없는 조직에 비하여 더 빠르게, 그리고 손실도 적게 전류를 통과했습니다. 원형질연락사는 동물 세포의 간극연접에 해당하는데, 이 간극연접과 마찬가지로 완전히 수동적이지 않고, 어떤 것을 통과시킬 것인지에 대해 상당한 조절 기능을 수행합니다. 예를 들어 원형질연락사는 지름이 큼에도 불구하고 800 달톤보다 작은 물질만 통과시키므로 간극 연접을 통과한 큰 분자들 모두가 이것을 통과하지는 못합니다. 그럼에도 불구하고 식물체에 존재하는 무수히 많은 원형질연락사의 부가적인 효과는 세포질의 연결 관계를 형성하여 식물 활성의 조정 기능을 크게 촉진시킵니다.

     이처럼 아주 얇은 원형질막은 매우 정교하며 대단히 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 막의 지질, 단백질, 그리고 탄수화물은 막의 장벽 기능, 수송 기능, 인지 기능에서 정확한 역할을 합니다. 이제 원형질막의 성질에 이어 어떻게 물질이 막을 가로질러 이동할 수 있는지에 관해 살펴보고자 합니다.

 

 

참고할 글

 

• 생물학개론, 세포 수송 중 원형질막
• 생물학 개론, 운동 담당 세포소기관
• 생물학 개론 - 미토콘드리아