[생리학] 6. 세포와 세포외 환경 사이의 상호작용 (1) 세포외 환경

6. 세포와 세포외 환경 사이의 상호작용

 

6.1 세포외 환경

세포를 둘러싼 세포외 환경은 분자들이 용해되는 유동성 구획과 조직에 일정한 형태를 제공하는 다당류와 단백질의 기질로 구성됩니다. 세포 내(intracellular) 환경과 세포 외(extracellular) 환경 사이의 상호 작용은 원형질막에 걸쳐 발생합니다.

 

 

세포의 환경은 세포 바깥의 모든 구성 물을 포함합니다. 뿐만 아니라 한 조직의 다른 세포들, 한 기관 내 다른 조직의 세포들, 그리고 다른 기관의 세포들은 화학조절물질들을 통해 서로 상호작용합니다.

 

(1) 체액

우리 몸의 수분 함량은 세포 내 구획(intracellular compartment)과 세포 외 구획(extracellular compartment), 두 개의 구획으로 나뉩니다. 전자는 약 67%의 수분을 포함하고 후자는 약 33%의 수분을 포함합니다. 그리고 세포외 구획의 약 20%의 수분은 심혈관계에 존재하며 그것은 혈장(blood plasma)이 차지하고 있습니다.
혈액은 산소, 탄산가스, 영양소, 젖산, 노폐물, 호르몬 등을 운반합니다. 세포외 구획의 나머지 80%는 혈관계 밖에 위치하며 간질액(interstitial fluid)이라고 불리는 조직액(tissue fluid)을 가지고 있습니다. 이 액체는 혈장에서 계속 형성되어 간질 액이 되었다가 다시 혈장으로 되돌아갑니다. 혈액 속의 산소, 영양소, 그리고 조절분자들은 체세포에 도달하기 전에 간질액을 통과해야 합니다. 게다가, 세포에서 유래된 노폐물과 호르몬 분비물은 혈장에 도달하기 전에 먼저 간질액을 통과해야 합니다.

 

(2) 세포외 기질

기관(organ)을 형성하는 세포들은 결합 조직의 세포외 물질 속에 묻혀 있는데, 이것은 세포외 기질(extracellular matrix)이라고 불립니다. 세포외 기질은 단백질 섬유인 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 그리고 겔 형태의 기질로 구성되어 있습니다. 겔(gel)은 당단백질과 프로테오글리칸(proteoglycan)으로 구성되어 있습니다.
콜라겐과 엘라스틴 섬유는 결합 조직에 구조적 강도를 제공하는 단백질입니다. 한 종류의 콜라겐은 상피 세포막 아래에 기저막(basal lamina)을 구축합니다.

 

(3) 원형질막 수송

원형질막(plasma membrane)은 세포내 환경을 세포외 환경으로부터 분리합니다. 세포에 있는 어떤 물질은 원형질막을 통과할 수 있고 또 어떤 물질들은 통과할 수 없는데, 이러한 원형질막을 선택적 투과성(selective permeable이 있다고 합니다.
일반적으로 원형질막은 단백질, 핵산, 구조 및 기능에 필요한 다른 분자들을 통과시키지 않지만, 많은 영양소와 노폐물을 통과시킵니다. 또한 원형질막은 이온에 대한 선택적 투과성을 나타내며, 이러한 특성으로 인해 신경과 근세포는 전기화학적 전류에 의해 형성된 충격을 생성합니다.

세포가 세포막을 통해 분자와 이온을 통과시킬 때, 두 가지 메커니즘이 작용하는데, ① 막 속에 특정 운반체 단백질의 작용을 필요로 하는 운반체-매개 수송(carrier-mediated transport), ② 운반체-매개가 필요 없는 수송 등이다. 그리고 운반체-매개 수송에는 촉진확산(facilitated diffusion)과 능동 수송 등이 있습니다. 운반체 단백질을 사용하지 않는 막 수송에는 이온, 지용성 분자(lipid-soluble) 및 물의 수송이 포함됩니다. 삼투현상(osmosis)은 막을 통과하는 용매의 순확산(net diffusion) 작용입니다.
막 수송은 에너지 요구에 따라 수동 수송(passive transport)과 능동 수송(active transport)으로 분류됩니다. 수동 수송은 분자와 이온이 고농도에서 저농도로 이동하는 것으로 에너지 소비를 필요로 하지 않습니다. 수동 수송에는 단순 확산, 삼투현상 및 촉진 확산 등이 포함됩니다. 능동 수송은 농도 구배(concentration gradient)에 대해 일어나는 물질의 이동으로 인해 ATP와 특정 운반체 단백질을 필요로 합니다.