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'세포 하나'에서 펼쳐지는 '영화 같은 세상'

By 이웃집과학자
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이웃집과학자 작성일자2018.05.21. | 4,647 읽음

<이웃집과학자>에서 이웃님들을 위해 한 편의 짧은 영화를 소개해드립니다. '세포의 삶(Inner life of cell)'이라는 작품이에요.

영상을 먼저 보실 분들은 아래 링크를 클릭하세요.

하버드의 연구실에서 학생들 교육을 위해 XVIVO에 의뢰해 제작한 영상입니다. 우리 몸 세포 하나 안에서 벌어지는 상황들을 과학적 연구에 기초해 그래픽 영상으로 구현한 건데요. XVIVO 홈페이지에 따르면, 이 영상의 주인공은 염증 반응을 위해 달려가는 '백혈구'라고 해요. 핵심 장면만 골라 세포 내에서 펼쳐지는 신기한 모습을 보여드리겠습니다. 화면 설명은 내레이션 버전 영상과 생명과학(닐 캠벨), 그리고 생화학(제레미 M 버그)를 참고했습니다.

p-셀렉틴, "백혈구 씨 여기에요!!"

어디선가 누구에게 무슨 일이 생기면~!

주인공인 백혈구가 달려가고 있습니다. 백혈구는 어떻게 알고 왔을까요? 바로 외부물질이 침입했다는 알림을 받고 온 건데요. 

외부물질이 침입하면 세포는 화학물질을 주위로 뿜어 백혈구를 부릅니다. 백혈구는 물질의 농도가 높은 방향으로 열심히 달려옵니다.

화학신호의 특징은 '정확히 어디서 왔는지' 알기 어렵다는 점인데요. '이 근처 어딘데..' 하는 백혈구에게 손을 뻗어 "여기에요!"라고 잡아끄는 '손'의 역할이 바로 p-셀렉틴이라는 단백질입니다.

잡았다! p-셀렉틴

세포 막 곳곳에서 p셀렉틴이 백혈구를 잡아요. 그럼 아래와 같이 고정됩니다.

고정!

세포 고속도로 위를 달린다 '운동단백질'

국내에도 주요 방송에 보도돼 '어디선가 본 것 같은' 이미지의 단백질을 소개합니다. 바로 '운동단백질'인데요. 온라인 상에서는 '우리 몸에서 제일 귀여운 곳'이라는 반응도 찾아볼 수 있습니다.

나야 나. 운동단백질~

'영차영차' 새싹처럼 생긴 녀석이 몰캉몰캉한 물풍선을 머리에 이고 걷는 것만 같은데요. 이 소기관은 '키네신'이라는 운동단백질이에요. 거대한 짐을 운반하는 '세포의 화물트럭'입니다. '발' 이라고 부르고 싶은 부분의 이름은 안타깝게도 키네신의 '머리'입니다.

여기에 ATP라는 분자가 붙으면 키네신 머리가 바닥에 착 달라붙습니다. 한 걸음 내딛은 것 같은 모습이죠. 그러다가 ATP가 분해돼 떨어지면 머리가 바닥에서 떨어져요. 내딛은 한 걸음을 떼서 옮기는 모습을 연상합니다. 이걸 반복하며 앞으로 전진합니다.

키네신의 '꼬리'에 있는 몰캉몰캉할 것만 같은 물풍선 모양은 거대한 '소낭(vesicle)'이에요. 다른 곳으로 운반해야 할 물질이 들어있는 주머니입니다. 트럭의 화물칸 같은 거라고 생각하시면 편해요.

참고로 세포 위 고속도로는 '미세소관'이라고 하는데요. 계속해서 생겼다가 또 없어집니다.

미세소관 만들기.

만들어지고요. 

미세소관 부수기.

분해합니다.

체내의 다양한 소기관들은 많은 경우 계속 만들어졌다 분해되기를 반복해요.

'지질뗏목'에서 '콜레스테롤'이 어떤 역할을 할까?

둥둥, 뗏목처럼 생겼나요?

세포 바깥쪽에서 본 지질뗏목입니다. 유유히 흐르고 있는 게 신기하다는 반응인데요.

세포막은 '인지질 이중층'으로 돼있습니다. 친수성 '머리'와 소수성 '꼬리'로 이루어진 인지질이 체내와 같은 '물 속' 환경에 노출되면 머리가 바깥으로, 꼬리가 안쪽으로 모이게 되는데요. 세포막은 이 원리를 이용해 세포 사이의 경계면을 형성합니다.

인지질 이중층!

출처 : pixabay

이 인지질들은 하나의 면 위에서 역동적으로 움직이는데요. 이 중간중간 '뗏목'같이 생긴 구조들이 포함되어 있습니다. 이는 '지질뗏목'입니다. 이 뗏목은 각종 생명현상을 일으키는 '신호를 전달'하는 플랫폼 역할을 합니다.

세포 안에서 봐도 뗏목처럼 둥둥!

세포막을 이루는 이중층 구조 때문에, 세포 안쪽에서 지질뗏목을 봐도 둥둥 떠다니는 것처럼 보이네요. 180˚ 돌려보면 비슷해보이죠? 다만 바깥쪽 세포막을 향해 있는 단백질과 안쪽을 향한 단백질의 조성은 매우 다르답니다.

지질 뗏목은 다른쪽과 섞이지 않고 자기들끼리 뭉쳐 돌아다니는 이중층인데요. 따로 돌아다닐 수 있는 이유는 인지질보다 더 단단하게 붙는 '스핑고지질'이라는 물질과, 유명한 '콜레스테롤'이 특히 많기 때문입니다.

콜레스테롤!

이중층 사이사이 노란색으로 끼어있는 길쭉한 것들 보이시나요? 이게 '콜레스테롤'입니다. 콜레스테롤의 분자구조를 화학식으로 나타내면 이렇게 생겼어요. 

콜레스테롤의 구조

출처 : prime eye

콜레스테롤은 세포 막 사이에 끼어들어가 유동성을 조절해요. 주위 온도가 올라가는 등 유동성이 너무 많아지면 소수성 꼬리를 잡아당겨 덜 움직이도록 합니다. 신기하게도 주위 온도가 내려가는 등 유동성이 너무 적어진 경우는 오히려 유동성을 늘리는데요. 뒤틀린 구조가 끼어있기 때문에 근처 인지질이 완전히 붙지 못하기 때문입니다.

이 영상은 거의 한 학기 대학교 수업 이상의 내용을 8분 이내로 담아냈습니다. 하버드에서 제작할 때의 바람대로 많은 생화학도들이 이 영상을 보고 세포에 매료됐죠. 굳이 과학전공이 아니더라도 8분을 '순삭'하기엔 충분한 영상이지 않나 싶습니다.

더 궁금하신 분들을 위해 영상에 나왔던 세포내 기관·분자들과 최소의 설명을 적어두었으니 궁금하셨던 분들은 참고하세요. 즐거운 감상 되시길!

셀렉틴 단백질 P-selectin-(본문참조) 

백혈구 (Leukocytes)-면역계를 구성하는 주요세포

지질 뗏목(Lipid raft)- (본문참조)

콜레스테롤(Cholesterol)- (본문참조)

케모카인(Chemokine)-면역세포의 이동을 조절

프로테오글리칸(Proteoglycan)-세포와 세포 사이를 채우는 '세포 외 기질'의 일종

수용체(Receptor)-신호를 받아들이는곳

스펙트린(Spectrin tetramer)-세포막의 형태를 잡아주는 구조

미세섬유(Actin filaments)-세포골격의 일종

절단 단백질(Severing protein)-단백질을 절단하는 단백질

미세소관(Microtubules)-세포골격의 일종. 세포의 트랙 역할

소낭(Vesicle)-물질을 운반하는 세포 내 주머니

운동단백질(Motor protein)-(본문참조)

미토콘드리아(Mitochondria)-저장된 에너지를 에너지 화폐인 아데노신 삼인산(ATP)로 변환함

중심체(Centrosome)-세포 분열 시 염색체에 부착되는 ‘방추사’가 시작되는 곳

중심립(Centriole)-중심체는 중심립 2개가 수직으로 배열된 구조

핵공(Pores)-핵에서 전사된 RNA가 나오는 구멍

리보솜(Ribosome)-아미노산을 연결하여 단백질을 합성하는 소기관

트랜스로케이터(Translocator)-합성을 시작한 단백질을 소포체 안으로 넣는 통로

소포체(Endoplasmic reticulum)-단백질 합성(조면소포체)혹은 물질대사(활면소포체)

골지체(golgi apparatus)-소포체에서 합성하던 단백질을 마저 합성

세포막(Plasma membrane)-세포를 구성하는 막

G-단백질(G-protein)- 세포막 안으로 신호를 전달하는 '스위치'

인테그린(Integrin)-신호를 받아 세포의 반응을 촉진하는 매개체

I-cam-혈관내피세포에 있는 단백질


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